¿Por qué el tren de aterrizaje de ciertos aviones se inclina hacia arriba?

Prefacio

Ya respondí esto antes, pero necesito revisarlo con referencias: anteriormente acerté en una parte, pero me perdí la verdadera razón. Como han comentado otros, la razón de encajar en el hueco de la rueda sigue siendo cuestionable: la disposición del A330 no cumple los requisitos por ese motivo y otros, especialmente porque durante la retracción se des-inclina y acorta ( video ). El acuerdo A330/777 me molestó durante cinco años .

la inclinación

La inclinación, según sus inventores ^[1] y un libro sobre el diseño del tren de aterrizaje ^[2] , es para reducir las cargas de arrastre del aterrizaje (fuerza de giro), lo que a su vez permite estructuras más ligeras.

De esta forma, las cargas de arrastre resultantes de vencer la inercia de las dos ruedas se imponen en sucesión, en lugar de simultáneamente; y la carga de arrastre instantánea máxima se reduce considerablemente. Una ventaja relacionada de las construcciones que incorporan la presente invención es que la reducción de las cargas de arrastre máximas permite que la mayoría, si no todas, las partes del tren de rodaje se construyan de forma más ligera. ^[1]

En la Fig. 112 (b) hay un diseño similar, excepto que el amortiguador de salto se amplía hasta que puede contribuir sustancialmente a la absorción de energía general en el aterrizaje. Las ruedas traseras ahora contactan primero y giran antes que las ruedas delanteras, distribuyendo así las altas cargas de arrastre durante un mayor intervalo de tiempo y reduciendo su intensidad. El amortiguador retrasa la rotación del bogie el tiempo suficiente para que se absorba la energía sin imponer cargas dinámicas anormalmente altas en los neumáticos traseros (que obviamente están diseñados para transportar solo la mitad de la carga total). El recorrido total del amortiguador se comparte entre el amortiguador principal y el trasero, pero todo el proceso de absorción de energía requiere una predicción cuidadosa para aprovechar las posibilidades. Es difícil sacar una conclusión sobre si este sistema es mejor que el tipo anterior.^{[2]:120–121}

1: Vere, Neilson Christopher Berna y Hoare Robert George. " Tren de aterrizaje de aeronaves con medios para minimizar la carga de arrastre de las ruedas durante el aterrizaje ". Patente de EE. UU. n.º 2.670.160. 23 de febrero de 1954. (Consulte la página 2 del PDF; el OCR de Google no escaneó esa página correctamente).

2: Conway, Hugh Graham. Diseño de tren de aterrizaje. vol. 3. Chapman & Hall, 1958.

Basándose principalmente en las respuestas proporcionadas aquí , parece que

• El par producido por el engranaje de enderezamiento ayuda a aplanar el plano.
• La inclinación del tren principal en el B747 también proporciona detección de aire/tierra. Los cuatro bogeys del tren principal se inclinan cuando la aeronave está en el aire, por lo que al aterrizar cualquier sistema que dependa de la lógica aire/tierra puede activarse.
• El engranaje está inclinado para encajar bien en la rueda.

Puedes consultar el enlace para el resto de las explicaciones.

Usaré el 757 como ejemplo, pero todo es cierto para todos los trenes de aterrizaje de varios ejes que he tenido (excepto el 777).

El camión (bogie) se inclina en un ángulo específico para que encaje bien en la rueda, todas las demás funciones son secundarias. El camión debe estar en ángulo porque el puntal del tren de aterrizaje en sí no está completamente perpendicular al fuselaje, debido a otras consideraciones. Esto es lo que dice el Manual de mantenimiento del 757 sobre el actuador de posición del camión (también conocido como actuador de inclinación): "Este actuador aplica la fuerza para colocar el conjunto del camión en un ángulo que permita el espacio libre con la estructura".

Este video de YouTube muestra la extensión/retracción del tren de aterrizaje del 757, se puede ver claramente en el video que si el camión no estuviera en un ángulo específico, impactaría la viga de la quilla o los carenados del ala al cuerpo.

La razón por la que permanece inclinado hacia abajo se debe al costo y la complejidad. El actuador es un actuador hidráulico unidireccional simple, lo que significa que solo se puede accionar en la dirección extendida. Cada vez que se suministra energía hidráulica al tren de aterrizaje, ya sea en la posición hacia arriba o hacia abajo, el actuador de posicionamiento del camión se activa en el lado extendido, independientemente de la posición del tren.

Información adicional, para los que no son de TL:DR

Cuando la aeronave aterriza, el actuador intenta mantener el camión inclinado, lo que aumenta enormemente la presión en el actuador (la presión normal del sistema es de 3000 psi). Una válvula de retención evita que el fluido hidráulico vuelva al sistema de suministro hidráulico y luego, a 4500 psi, descarga el fluido en el retorno, lo que permite que el actuador colapse. En el despegue, cuando la aeronave gira nuevamente, obliga a este actuador aún más a la posición retraída a medida que las ruedas traseras se acercan al fuselaje. Como puede ver, la carrera de este actuador debe ser bastante larga. Por lo tanto, completamente extendido le brinda una posición de punta hacia arriba y completamente retraído le brinda una posición de punta hacia abajo.

Para impulsar el camión a cualquier posición que no sea completamente extendida, primero se requeriría la capacidad de impulsar en ambas direcciones, lo que agrega mucha complejidad al sistema hidráulico y al actuador, y esto solo lo extendería y retraería por completo. Colocar el camión en cualquier otra posición requeriría válvulas de control complejas con retroalimentación de posición o actuadores de múltiples posiciones y también válvulas de secuencia para garantizar que en cualquier momento que la marcha no estuviera abajo y bloqueada, el camión estuviera en la posición correcta. Dado que no hay necesidad de aplanar el camión para aterrizar, este no está abajo.

Finalmente, tener la posición de la carretilla siempre completamente extendida significa que la carretilla siempre estará en la posición correcta para la retracción y puede usar la inclinación de la carretilla para detectar aire/suelo (peso sobre las ruedas). De hecho, en el 757, si falla la presión del actuador de posicionamiento del camión, la aeronave no cambiará al modo de tierra hasta que el tren delantero muestre peso sobre las ruedas.

Para abordar el momento de morro hacia abajo que se ha mencionado, aunque técnicamente esto sucede, el momento es muy pequeño en relación con la aeronave y termina en una fracción de segundo. El actuador en sí es bastante pequeño, más pequeño que un actuador de alerón y reacciona su carga en el puntal muy cerca del pasador de pivote del camión, por lo que el brazo de momento es corto. También esta misma fuerza lucharía contra la rotación de aeronaves en el despegue.

El 767 tiene el morro hacia abajo porque sus puntales están en un ángulo diferente al del 757 y tienen que estar con el morro hacia abajo para encajar bien en la rueda, esta es una decisión de diseño debido a una limitación en LGA.