¿Por qué un avión no se sale de control inmediatamente después del aterrizaje?

¿Cómo no empieza a girar inmediatamente?

Física e ingeniería. Pero supongo que le gustaría un poco más de detalle, así que intentemos sumergirnos.

frenos de rueda

Suelen tener un efecto estabilizador al desplazar parte del peso sobre la rueda delantera y permitir que los pilotos controlen la aeronave con mayor eficacia.

spoilers

Estos son controlados automáticamente por el sistema Fly-by-Wire, por lo que en caso de ser requeridos serían retraídos.

inversores de empuje

Si funcionan correctamente, la fuerza resultante atravesará el plano vertical que contiene el CdG (pero un poco por debajo), por lo que no representan un gran problema.

Otra cosa que no has mencionado, pero voy a agregar, son los aterrizajes de cangrejo (como este ), ya que en estas situaciones el avión SÍ tiende a girar un poco. En estos casos, en el lapso de tiempo entre la toma y el frenado, 2 cosas ayudan a que la aeronave permanezca en la pista: la cola vertical (con el timón) y la posición del tren de aterrizaje principal con respecto al centro de gravedad de la aeronave. Como puede verse en esta imagen extraída de los apuntes del curso que seguí (el título se traduce como "Carrera de frenado en aterrizaje en forma de cangrejo"), los aviones normales con tren de tres ruedas tienden a ser estabilizados por su propio tren de aterrizaje en esta situación, mientras que no se puede decir lo mismo de los taildraggers de la vieja escuela.

Entonces, ¿qué podría realmente causar un problema? La respuesta son las ráfagas de viento (especialmente si el viento es perpendicular a la pista), las condiciones irregulares de la pista (por ejemplo, un charco o una fina capa de hielo en un lado de la pista hará que un conjunto de tren principal tenga menos agarre). que su homólogo del otro lado, provocando una guiñada hacia el lado con más agarre), fallos asimétricos en los inversores de empuje, frenado excesivo mientras también gira la aeronave para realinearse a la línea central (particularmente un problema si la distancia entre los dos trenes principales No es suficiente).

¿Cómo permanece la aeronave en la pista a pesar de estos posibles problemas? A altas velocidades, gracias a la cola vertical; y a bajas velocidades gracias al tren de morro delantero. A velocidades intermedias, la situación es un poco más complicada: la cola ya no es muy útil, mientras que el tren delantero corre el riesgo de romperse si se usa para corregir demasiado. Entonces, por ejemplo, un sistema FbW puede ayudar mediante el uso asimétrico de spoilers. Un ejemplo de lo que podría suceder, pero visto durante un despegue, se ilustra en este video (video proporcionado amablemente por MichaelK en el chat).

Al aterrizar, el estabilizador vertical y el timón tienen mucha fuerza aerodinámica para contrarrestar cualquier movimiento de guiñada. El piloto tiene que tener en cuenta cualquier desequilibrio durante el aterrizaje.

Hay muchas fuentes diferentes de desequilibrios en la fuerza de guiñada en el aterrizaje. Como mencionaste, los frenos pueden ser desiguales. El empuje del motor puede ser desigual. El viento cruzado es otra gran fuerza de guiñada. La aeronave debe diseñarse de modo que el estabilizador vertical y el timón puedan superar estas fuerzas. Los aviones de pasajeros están diseñados para poder aterrizar de manera segura con un motor apagado, con fallas en los frenos de un lado y con viento cruzado hasta cierto límite.

A medida que la aeronave frena y el timón pierde eficacia, el control direccional pasa a las ruedas. Los pilotos utilizan el frenado asimétrico y la dirección del volante para mantener el avión en el centro de la pista. Es en este punto, más adelante en la implementación, cuando es más probable que ocurran problemas. Aquí es cuando cosas como el derrape se vuelven más problemáticos y, a veces, ocurren salidas de pista. El freno antibloqueo fue diseñado para ayudar a prevenir esto.

Algunas aeronaves, generalmente pequeñas de arrastre de cola, no tienen otro medio de control direccional que el timón. Eso demuestra cuán importantes son las fuerzas aerodinámicas del timón para controlar la dirección de la aeronave tanto en el aire como en tierra.

Los aviones pequeños giran todo el tiempo. Se llama bucle de tierra .

Cuando un avión aterriza, el piloto tiene que hacer rápidamente dos cosas para mantener el avión en línea recta: apretar TODAS las ruedas en el suelo y usar el timón y para dirigir el avión en línea recta. Si hay un fuerte viento cruzado, puede ser bastante complicado hacerlo en un avión pequeño. Cuanto más grande es el avión, más inmune es a los vientos cruzados. Uno de los grandes peligros es sobrecompensar. A menudo, se produce un bucle de tierra cuando el piloto sobrevira.

Por cierto, las otras respuestas en la página tienen muchas declaraciones incorrectas porque ninguno de los otros carteles son pilotos. El principal error que cometen es pensar que los frenos sirven para mantener recto el avión. Esto es absolutamente falso. Un piloto nunca aplica los frenos hasta que el avión va en línea recta primero, y luego ambos frenos se aplican simultáneamente. Un piloto nunca intenta maniobrar con los frenos al aterrizar; esa sería una buena manera de iniciar un circuito de tierra.

En casi todos los aviones, desde los más pequeños hasta los más grandes, los frenos se encuentran en la parte superior del pedal (se denominan "frenos de punta"). Lo que hace el piloto es usar solo las puntas de los pies cuando aterriza para dirigir. Para un avión pequeño, esto puede requerir movimientos rápidos y precisos. Una vez que tiene el avión en línea recta y ya no necesita conducir, mueve ambos pies a la parte superior del pedal y presiona los frenos para reducir la velocidad. Una vez que el piloto comienza a hacer esto, el avión generalmente continúa en la dirección en la que apuntaba, por lo que es mejor que apunte en línea recta. A veces, el avión no apuntará perfectamente recto y el piloto terminará a la derecha o a la izquierda de la línea central.

El avión no gira fuera de control porque:

• Toma el camino de menor resistencia: en una pista seca, la fricción de rodadura es aproximadamente dos órdenes de magnitud menor que la fricción de deslizamiento, por lo que si no se aplican los frenos, existe una tendencia natural a la autocorrección. Su automóvil tampoco pierde el control. en una esquina, siempre y cuando las ruedas no patinen.
• Si el avión aterriza con un vector de velocidad de deslizamiento lateral, una vez que las tres ruedas hacen contacto, la rueda de morro se autocorrige: debido a la forma en que está configurada, el peso del avión lo empuja en línea recta. En aviones pequeños, el tren de morro está inclinado hacia adelante y está montado frente a su eje, de modo que levanta el avión al girar. La misma razón por la que puede quitar las manos del manillar de una bicicleta.

En aviones grandes, la larga distancia entre ejes proporciona estabilidad. Del artículo Wiki para la distancia entre ejes :

Debido al efecto que tiene la distancia entre ejes en la distribución del peso del vehículo, las dimensiones de la distancia entre ejes son cruciales para el equilibrio y la dirección. Por ejemplo, un automóvil con una carga de peso mucho mayor en la parte trasera tiende a subvirar debido a la falta de carga (fuerza) en los neumáticos delanteros y, por lo tanto, al agarre (fricción) de los mismos.

Y el subviraje es exactamente lo que quieres. De la Wiki para subviraje y sobreviraje:

Cuando se lleva un vehículo con subviraje al límite de agarre de los neumáticos, donde ya no es posible aumentar la aceleración lateral, el vehículo seguirá una trayectoria con un radio mayor que el previsto. Aunque el vehículo no puede aumentar la aceleración lateral, es dinámicamente estable.

Cuando un vehículo con sobreviraje se lleva al límite de agarre de los neumáticos, se vuelve dinámicamente inestable con tendencia a derrapar.

Esta configuración autoestabilizadora es la razón principal por la que un avión puede aterrizar con éxito con viento cruzado y cuando no está perfectamente alineado con la pista. En estas situaciones, la aeronave debe descender de golpe, no aterrizar: transfiere el peso a las ruedas y la configuración del tren de aterrizaje hace el resto. Las ruedas principales están separadas lo suficiente para garantizar que la aeronave no pueda volcarse, incluso con el centro de gravedad más atrasado y más alto.

El frenado empuja aún más la rueda de morro hacia la pista y aumenta la fuerza de autoalineación. Todo lo que tiene que hacer el sistema de frenos es asegurarse de que las ruedas no se bloqueen: eso elimina la baja resistencia a la rodadura. Y luego necesita detener el avión, por supuesto.

Para corregir la aceleración lateral, la dirección de la rueda de morro se conecta a los pedales después de que el tren principal haya detectado el contacto con el suelo, lo que permite al piloto continuar controlando la guiñada de la aeronave cuando la velocidad es demasiado baja para que el timón sea efectivo. La dirección de la rueda de morro con pedal tiene un rango mucho más pequeño que la dirección de la rueda de morro a través del timón.

Los pilotos tienen dos pedales de freno, uno para cada lado, y también pueden corregir la asimetría mediante el frenado diferencial si es necesario. La estabilidad automática del avión aterrizado es imprescindible para un aterrizaje exitoso, como lo es la estabilidad aerodinámica para un vuelo exitoso. Los aviones de pasajeros nunca dependerán de los sistemas fly-by-wire activos para controlar la estabilidad del aterrizaje; pueden ser útiles, pero la aeronave también debe ser direccionalmente estable cuando los sistemas están inactivos, por ejemplo, en cualquier emergencia.

Las superficies de control del avión siguen funcionando cuando las ruedas tocan el suelo. Además, los aviones tienen frenos de punta izquierda y derecha, a diferencia de un solo pedal de freno en un automóvil. El piloto aún puede dirigir con las superficies de control, el timón de cola, usando los pedales y también puede dirigir con los frenos ajustando la cantidad de frenado del lado izquierdo y derecho. Cuando el avión es demasiado lento para que las superficies de control sean efectivas, solo usan los frenos para girar. Un helicóptero puede usar los pedales para conducir incluso con poco o ningún movimiento hacia adelante o hacia atrás.