¿Cuáles son las ventajas y desventajas de las ruedas traseras que hacen que los aviones modernos no las usen?

Una rueda de cola es una buena opción para operar en superficies no preparadas con aeronaves que tienen poca carga alar y necesitan ser lo más livianas posible. Dos ruedas principales y una pequeña rueda trasera pesan menos y causan menos arrastre que un triciclo, especialmente si no se pueden retraer. En el Bo-209 Monsun, solo el tren de morro se hizo retráctil porque, al estar colocado justo detrás de la hélice, causaba el 40% de la resistencia del tren por sí solo.

Por otro lado, las aeronaves con gran carga alar y su alta velocidad de aterrizaje necesitarían recorridos de aterrizaje muy largos debido a su incapacidad para frenar con fuerza. Un despegue abortado cerca de la velocidad de decisión sería imposible sin atravesar el perímetro del aeródromo. Frenar demasiado fuerte con una configuración de rueda de cola provocará una parada de cabeza .

Para resumir las razones dadas en esta respuesta :

• Un engranaje de triciclo ofrece una mejor visibilidad en el suelo.
• Un engranaje de triciclo permite una aplicación completa de los frenos.
• Un tren de tres ruedas facilita la carga y descarga porque el fuselaje es horizontal.
• Un engranaje de triciclo tiene menos arrastre durante la etapa inicial de una carrera de despegue.

Cessna simplemente cambió las prioridades entre el 140 y el 150.

Un avión con rueda de cola es particularmente susceptible a una inestabilidad dinámica durante el aterrizaje, lo que hace que el avión gire violentamente, apunte hacia atrás y se salga de la pista. Esto se denomina bucle de tierra y es una de las principales causas de accidentes de aterrizaje en aeronaves con ruedas de cola. Evitar bucles de tierra requiere buenos reflejos, buen entrenamiento y mucha práctica.

Un avión con tren de aterrizaje triciclo es inmune a los bucles de tierra, lo que facilita su manejo en la pista durante los aterrizajes.

Debido a que el avión con rueda de cola no tiene tren de morro, pesará menos y experimentará menos resistencia durante el vuelo que el mismo fuselaje con rueda de morro, por lo que puede volar un poco más rápido y un poco más lejos con el mismo combustible.

Sin embargo, el costo de asegurar el avión con rueda de cola contra accidentes de aterrizaje es mayor que el costo de asegurar el avión con triciclo, lo que elimina cualquier ahorro en el consumo de combustible.

Ya hay algunas respuestas excelentes aquí, pero para agregar a la respuesta de Peter, a pesar de los desafíos, algunas personas prefieren los aviones con ruedas de cola porque son mejores para volar en el campo: aterrizar en superficies sin pavimentar, etc. Si echa un vistazo a cualquiera de En los concursos de despegue y aterrizaje cortos (STOL) en todo el país, se ven casi exclusivamente aviones con ruedas traseras compitiendo.

Artículo de AOPA sobre concursos STOL

¿Por qué se cambió el Cessna 150 a un tren de aterrizaje de triciclo de la rueda trasera de la "vieja escuela"?

Según mi maestro de antaño, la tasa de accidentes en la escuela de vuelo cambió drásticamente cuando se cambió a triciclo. Los bucles de tierra solían ser comunes y potencialmente costosos con las ruedas traseras. Esa parece ser una razón suficiente para que una escuela de vuelo deje de comprar aviones con ruedas traseras. (El 150, creo, estaba dirigido principalmente a las escuelas).

Para usos especializados con pilotos entrenados y experimentados, las ruedas traseras todavía están en uso.

Engranaje convencional es el término que incluye tanto la rueda de cola como el arrastre de cola, porque es posible que solo haya un simple patín en lugar de la rueda de cola. Es simple de construir, más liviano y de menor costo para una resistencia dada que el engranaje de un triciclo.

Engranaje de triciclo o rueda de morro. El tren principal es muy similar al tren principal convencional, simplemente se mueve ligeramente detrás del centro de masa para que el avión incline la nariz hacia abajo en lugar de la cola hacia abajo mientras está en tierra. Pero se agrega una rueda a la nariz del avión para evitar que se incline hacia adelante. El mecanismo de la rueda de morro es mucho más complejo que una rueda de cola, con mucha más masa y algunas debilidades inherentes en superficies irregulares.

Si el tren de morro se rompe por un agujero o golpe en el suelo, el avión se inclina hacia la hélice, mientras que un avión con tren de aterrizaje convencional puede aterrizar con poco daño, incluso si la rueda de cola se hubiera caído por completo. La naturaleza del momento de morro hacia abajo causado por obstáculos durante la carrera de aterrizaje quita carga de un patín/rueda de cola y agrega carga a una rueda de morro. Además, cuando observa la trayectoria de la rueda o el derrape tomada durante un cambio de cabeceo (causado por chocar con un obstáculo), la rueda delantera tiende a engancharse y hundirse, lo que provoca un gran aumento de las fuerzas, mientras que una rueda o derrape trasero tiene un movimiento que alivia más la tensión. Como ilustración, tome un palo o palo largo y arrastre un extremo en el suelo detrás de usted, luego dé la vuelta e intente empujarlo, verá cómo la punta se engancha en todo cuando se empuja sobre una superficie rugosa y se desliza con poco esfuerzo cuando se tira.

Hay 3 desventajas principales del equipo convencional. La primera es que el centro de masa está detrás del engranaje principal, que es dinámicamente inestable mientras gira sobre el suelo. Un pequeño giro a la izquierda quiere convertirse en un gran giro a la izquierda para que el piloto no pueda ser pasivo y deba corregir activamente cualquier desviación no deseada. Cualquier vehículo con dirección en las ruedas traseras tiene este problema de estabilidad, pero a veces las compensaciones valen la pena, tenga en cuenta que la mayoría de las carretillas elevadoras y muchas cortadoras de césped comerciales tienen dirección en las ruedas traseras (principalmente por fuerza y ​​maniobrabilidad).

La segunda desventaja es la posición alta del morro mientras está en tierra, lo que crea una visibilidad muy pobre para los pilotos durante el rodaje y el despegue. En el caso de los aviones a reacción, en particular, dirige el chorro de chorro hacia el suelo, lo que crea un riesgo de escombros e incluso puede dañar y levantar piezas de pavimento.

La tercera desventaja del equipo convencional es que no pueden utilizar toda la fricción de frenado teóricamente disponible sobre pavimento seco, porque la fuerza de frenado está limitada por el momento de cabeceo hacia adelante, por lo que los aterrizajes y los despegues abortados dependen más de la resistencia aerodinámica como flaps y un alto ángulo de ataque y fuerza descendente del elevador para resistir la fuerza de cabeceo del freno. Sobre tierra y hierba, la máxima fricción de frenado disponible es mucho menor que sobre pavimento seco, por lo que la marcha del triciclo no obtiene una ventaja sustancial en la fuerza máxima de frenado. En la nieve o el hielo, la fricción de los neumáticos limita la fuerza máxima más que el momento de cabeceo, por lo que el triciclo no tiene ventaja de frenado y el equipo convencional es más liviano y más fácil de colocar con esquís.

Sin embargo, en la práctica, con aviones pequeños, la mayoría de los aterrizajes muy cortos son superficies sin pavimentar y la mayoría de las pistas pavimentadas son lo suficientemente largas como para que los aviones pequeños no necesiten frenos de ruedas y los pilotos evitarán usar los frenos de ruedas para reducir los costos de mantenimiento. Por lo tanto, el problema de la distancia de frenado no es una consideración primordial para muchos propietarios. La mayoría de los pilotos también tienden a mantener un alto ángulo de ataque durante la carrera de aterrizaje, independientemente de la disposición de los engranajes, lo que agrega sustentación quitando peso a las ruedas y, por lo tanto, evita la máxima fricción de los neumáticos. En estos aviones, la falta de fuerza de frenado se compensa en cierta medida con un peso ligero que permite una velocidad de aterrizaje más lenta y, en general, menos energía cinética, lo que reduce aún más las ventajas de frenado del triciclo sobre el convencional.

Con aviones grandes, especialmente jets, la distancia de frenado es un problema común y, a menudo, están equipados con dispositivos como spoilers para evitar que el ala se levante y obtener la máxima fricción de los neumáticos justo en el momento del aterrizaje, incluso con un alto ángulo de ataque. Estos aviones nunca operan sobre tierra, hierba o nieve profunda, las pistas que usan se inspeccionan en busca de agujeros y objetos varias veces al día. Las ventajas de peso y costo del tren convencional son menos sustanciales cuando se agregan mecanismos de tren de aterrizaje retráctil, y la ventaja de arrastre de alta velocidad de la retracción es mucho mayor que la ventaja de peso de cualquier tipo de tren fijo. Entonces, la ventaja en esta categoría está muy a favor del equipo de triciclo.