¿Por qué es tan peligroso el viento de cola durante la aproximación final y el aterrizaje?

No se trata tanto de que "los pilotos se sientan muy incómodos", sino de que "los pilotos reconocen que es una situación intrínsecamente menos segura ", y los pilotos (al menos aquellos con los que quieres volar) tienden a estar algo obsesionados con la seguridad.

Entonces , ¿por qué los vientos de cola durante el aterrizaje son "malos"?
La misma razón por la que los vientos de cola en el vuelo de crucero son buenos: te estás moviendo sobre el suelo a una velocidad más alta.
La cantidad de energía que tiene la aeronave (y por lo tanto su distancia de aterrizaje) es aproximadamente proporcional al cuadrado de la velocidad respecto al suelo .

Consideremos el avión que vuelo como ejemplo (un Piper Cherokee ) porque conozco los números:
si estoy volando por el libro, cuando las ruedas de mi avión golpeen el suelo, mi velocidad indicada debería ser de alrededor de 45 nudos.

• Sin viento
  Si no hay viento, mi velocidad sobre el suelo y mi velocidad aérea indicada serán aproximadamente las mismas: mis frenos tendrán que reducir la velocidad de 45 nudos hasta detenerme antes de que me quede sin pista.
  Los frenos del Cherokee no son frenos Porsche (son cosas diminutas), pero están a la altura de la tarea y un aterrizaje perfecto me detendría en 600 pies.

• Viento
  en contra de 15 nudos Un viento en contra de 15 nudos reduce mi velocidad respecto al suelo a 30 nudos: a 2/3 de la velocidad puedo detenerme mucho antes con la misma fuerza de frenado, lo que significa menos desgaste de los frenos y un mayor margen de seguridad de la pista restante.
  Un aterrizaje perfecto en estas condiciones me habría detenido en unos 270 pies.

• Viento
  de cola de 15 nudos Un viento de cola de 15 nudos aumenta mi velocidad respecto al suelo a 60 nudos. Los diminutos frenos del Cherokee PUEDEN detenerme, pero tardarán mucho más en hacerlo: un aterrizaje perfecto tardaría más de 1000 pies en detenerse (casi el doble del recorrido de aterrizaje "normal" sin viento).

La gran consideración anterior es la distancia de aterrizaje: como notó en su pregunta, puede resolver eso con una pista más larga (más pavimento significa más espacio para detenerse), pero existen otros peligros con los aterrizajes con viento de cola , principalmente en el hecho de que los aterrizajes no t siempre va de acuerdo al plan .
Cuanto más lenta sea la velocidad respecto al suelo al aterrizar, menos energía tendrás que deshacerte si algo sale mal.

Considere los tres aterrizajes que describí anteriormente, pero agreguemos un problema a la mezcla: uno de mis neumáticos explota justo en el momento del aterrizaje y el avión se sale de la pista hacia una zanja.
Hay mucha menos energía para disipar con un viento de frente de 15 nudos (velocidad respecto al suelo de 30 nudos) que con un viento de cola de 15 nudos (velocidad respecto al suelo de 60 nudos): es más o menos la diferencia entre chocar su automóvil mientras conduce por una zona escolar y si acelera en una autopista.

Afortunadamente, es muy fácil evitar aterrizar con viento de cola: la mayoría de las pistas son bidireccionales (Aspen, que mencionó en su pregunta, es una excepción notable debido a la geografía).

ATC (o en campos no controlados, los propios pilotos) "darán la vuelta al aeropuerto" una vez que se alcance un cierto límite de viento de cola. Precisamente cuando eso suceda depende del aeropuerto y la combinación de tráfico (en mi campo de origen, con aviones de pistón en su mayoría pequeños, ATC normalmente cambiará la pista cuando el componente de viento de cola exceda los 5 nudos; en JFK podrían aterrizar un avión con un viento de 10 nudos). viento de cola en lugar de estropear las llegadas).
Por supuesto, no hay nada que diga que un piloto tiene que aceptar un aterrizaje con viento de cola: si el piloto no se siente cómodo con las condiciones, puede solicitar una pista alineada para que los vientos sean más favorables. (Hay un caso algo famoso de un piloto de línea aérea en JFK que finalmente decidió declarar una emergencia para asegurar un aterrizaje en una pista favorable).

La principal preocupación es el aumento de la distancia de aterrizaje debido al aumento de la velocidad respecto al suelo . Las distancias de aterrizaje y parada aumentan más que linealmente con cada nudo de aumento en la velocidad respecto al suelo. Dadas otras dinámicas de un avión que aterriza, esto puede ser la gota que colma el vaso.

La tormenta perfecta

Historia verdadera. C-141 en aproximación con viento de cola, no tan malo por sí mismo. Agregue una pista de 7,000 pies y una velocidad aérea indicada un poco alta.

1. La aeronave no quería aterrizar, por así decirlo, debido al aumento de sustentación debido a la excesiva velocidad aerodinámica indicada . También se agrega cualquier ráfaga (diferencial) a la velocidad de aproximación. En otras palabras, el avión no pudo adoptar una actitud de aterrizaje debido al exceso de sustentación.
2. Volar sobre el suelo aún más rápido debido a 1, arriba, y el aumento de la velocidad respecto al suelo inducido por el viento de cola .
3. El piloto se da cuenta de que está flotando demasiado y empuja hacia abajo para que el avión aterrice.
4. La rueda de morro toca el suelo, ¡pero no la red! Los pilotos no se dan cuenta de esto.
5. El piloto aplica los frenos y no pasa nada, la red sigue en el aire y todo. Comienza el pánico.
6. El final de la pista se acerca y el piloto aplica los frenos agresivamente.
7. La red eléctrica aterriza y los neumáticos inmediatamente comienzan a reventarse debido a los frenos bloqueados.
8. La aeronave se está saliendo de la línea central debido a que se reventaron las llantas de un lado.
9. El piloto lucha por mantener el control cuando la aeronave se acerca al final de la pista.
10. Todavía demasiado rápido para un rodaje seguro, el piloto intenta girar la aeronave hacia la última vía de rodaje antes del final de la pista.
11. El morro del avión está girando pero el impulso, el exceso de velocidad, la resistencia de los neumáticos reventados, el frenado diferencial: el avión ahora se desliza hacia los lados.
12. El avión se detiene justo al final de la pista con un ángulo de 90 grados.
13. Avión se incendia. Que esté del lado de las llantas reventadas y el puntal de arrastre no es una sorpresa.
14. Todos salen a salvo.
15. NOTAM emitió una advertencia a las aeronaves para que tuvieran cuidado con el casco quemado al final de la pista. Ajuste los datos de despegue y aterrizaje en consecuencia.

¿Y lo peor de todo esto?

1. Iba a ser el "vuelo fini" del comandante de la aeronave: su última misión (de múltiples paradas) antes de dejar la Fuerza Aérea. Y así fue, sólo que más.

Para responder en parte a la pregunta de cómo a veces se mitigan los vientos de cola, las especificaciones operativas de una compañía aérea generalmente especificarán cuánto viento de cola se permite para sus operaciones. Los dos portaaviones 747 para los que volé permitían un viento de cola máximo de 10 nudos.

Si un capitán debe elegir aterrizar dado el viento de cola máximo puede ser una decisión complicada. Por ejemplo, la pista 02 en Nadi, Fiji tiene aproximadamente 9,000 pies, lo que hace que sea una operación de campo un poco corta para un 747 que aterriza con el peso máximo de aterrizaje o cerca de él, algo que ocurre comúnmente con los cargueros. En el caso en el que estoy pensando, estábamos bien adentro del marcador exterior cuando la torre nos dijo que el viento había cambiado y que ahora había un viento de cola de 10 nudos.

Elegí aterrizar y he aquí por qué:

• Haber dado la vuelta habría significado involucrarnos más con las tormentas eléctricas alrededor del campo.
• No había ninguna garantía de que cuando nos acercáramos desde el extremo opuesto, el viento no cambiaría de nuevo y volveríamos a aterrizar con viento de cola.
• Habiendo aterrizado allí muchas veces, sabía que nuestro lugar en la rampa estaba muy cerca del final de la pista, habría menos de un minuto de tiempo de rodaje.
• Sabía que la gente del servicio de tierra de Nadi estaba acostumbrada a usar un huffer en los frenos calientes de los cargueros.
• Le dije al ingeniero de vuelo que llamara a la gente del servicio de tierra y les dijera que tendríamos los frenos muy calientes.

Los neumáticos 747 tienen neumáticos de 225 psi llenos de nitrógeno, y cada neumático tiene un tapón térmico que explotará antes de que lo haga un neumático. El QRH para el manejo de los frenos calientes incluía instrucciones para advertir al personal de tierra que no se parara al lado de los neumáticos, pero la gente de Nadi lo sabía muy bien.

Todos los indicadores de temperatura de los frenos se pusieron en rojo. Salí del avión lo más rápido posible para echar un vistazo. Ya tenían un huffer a cada lado del avión pisando los frenos.

Como otros han destacado, la pregunta es con qué velocidad de avance aterrizas. Puede pensar que más/menos algunos nudos realmente no importan, pero:

• su energía cinética es cuadrática en velocidad: E = 1/2 mv ^ 2.
• si la aceleración de frenado es constante, la distancia de aterrizaje es cuadrática en velocidad: s = v^2 / 2a

Entonces, para adaptar el ejemplo de voretaq7, si su velocidad de aproximación es de 45 nudos, con un viento de frente de 15 nudos aterrizará con 30 nudos, mientras que con un viento de cola aterrizará con 60 nudos; ahora aterrizará con cuatro veces la energía que necesita disipar. , y necesita cuatro veces más pista para detenerse (lo que, felizmente, se alinea muy bien con sus números de POH).

Ahora, finalmente, un ejemplo más:

Suponga que la pista es tal que, sin viento, puede aterrizar con velocidad de aproximación v y simplemente detenerse antes del final.

Con un viento en contra (suave) del 10 % de su velocidad aerodinámica, aterriza con 0,9 v, por lo que ahora utiliza solo el 81 % de la pista disponible y ha ganado bastante margen.

Mientras que, si tienes un viento de cola del 10%, aterrizas con 1.1v. Por lo tanto, su distancia de parada requerida ahora es 1,21 veces la pista disponible. Cuando llegues al final ahora, necesitarás un 21 % más de la longitud de la pista para detenerte. Ahora, esto se vuelve un poco complicado, pero siéntete libre de hacer los cálculos, esto significa que golpeas la pared al final con casi la mitad de tu velocidad de aproximación, todavía te queda alrededor del 21% de tu energía de aterrizaje (1v) para disiparse.

Entonces, ¿qué preferiría tener, un margen restante del 20 % de la pista (con viento de frente) o llegar al final de la pista con más del 40 % de su velocidad de aterrizaje (con viento de cola)? :-)

1. porque la velocidad con respecto al suelo sería mayor que su velocidad con el aire, algo que no desea durante el aterrizaje (o el despegue): necesita al menos cierta velocidad con el aire para tener suficiente sustentación, y el viento de cola lo haría demasiado rápido con respecto al suelo, dificultando su aterrizaje. distancia mucho mayor de lo que realmente se necesita
2. depende de cuanto "extra long" y cuanto "higher ground speed", el fabricante de la aeronave habrá incluido tablas en el Pilot Operational Handbook, tendrás que consultarlas para verificar si es seguro o no.
3. sí, de hecho está conmutado.

Solo un aspecto adicional con sabor a factores humanos:

Su velocidad relativa a la pista es mayor de lo habitual. Si comienza a ajustar su velocidad relativa según su referencia visual habitual (viento en contra), esto podría conducir a una situación de pérdida, nunca algo bueno cerca del suelo.

Con un muy buen viento en contra y un pequeño avión (Cessna 150), puede reducir su velocidad de avance a un trote y simplemente colocarlo en el suelo. Lo he hecho en PDK en Atlanta, en marzo.

No hagas esto con los pasajeros. La seguridad es una de las razones. No aterrorizarlos es otra.

Un problema adicional es que a medida que desciende a través del gradiente de viento, hacia el aire que se mueve más lentamente cerca del suelo, con viento de cola, la aeronave reaccionará como si estuviera experimentando un viento en contra cada vez mayor, realmente querrá flotar. . La tasa de caída se reducirá.

Luego, cuando el piloto reconoce su error y agrega potencia para dar la vuelta, la aeronave tiene que ascender nuevamente a través de la pendiente del viento. Ahora el efecto es el mismo que el de un viento de frente decreciente: la velocidad de ascenso es pésima.

Aprovechar este tipo de efectos es de lo que se trata el "vuelo dinámico", como lo practican principalmente los albatros (las aves, no los biplanos de la Primera Guerra Mundial).

Un efecto secundario de la "flotación" adicional al aterrizar con viento de cola, debido a la pendiente del viento, es que el aterrizaje real tiende a ser realmente "engrasado" incluso con una técnica menos que perfecta por parte del piloto. Si no quiere arriesgar su vida y sus extremidades explorando este efecto en un avión de tamaño completo, puede hacerlo con un modelo controlado por radio: haga un patrón de aterrizaje abreviado con una "horquilla" y regrese a la pista después de cada despegue, para que pueda alternar entre aterrizajes contra el viento y contra el viento. Puede que se sorprenda de cómo los aterrizajes a favor del viento tienden a ser consistentemente más suaves que los de ceñida.

Un mal escenario es si está despegando (quizás después de un aterrizaje de "toque y avance") con un viento cruzado casi directo, y accidentalmente deja que su rumbo gire para apuntar hacia el borde de la pista a favor del viento. Ahora tu velocidad respecto al suelo es más alta de lo normal, Y el gradiente del viento está trabajando en tu contra mientras intentas escalar. Las probabilidades de golpear algo son mucho, mucho más altas que si hubiera girado en la dirección opuesta, contra el viento. Y si golpeas algo, lo golpearás con mucha más energía cinética que si hubieras virado en la dirección del viento.

Los pilotos de aeronaves livianas que vuelan lentamente deben permitir una gran cantidad de velocidad aerodinámica adicional para el redondeo y el ensanchamiento, al aterrizar contra el viento en presencia de un fuerte gradiente de viento. Durante los últimos diez pies más o menos de descenso, la velocidad del aire tiende a desaparecer, lo que no es bueno si la ruta de vuelo sigue apuntando hacia abajo.