¿Por qué los aviones tienen que retraer el tren de aterrizaje?

En los primeros días de la aviación, simplemente era más fácil tener el equipo arreglado. El tren de aterrizaje agrega resistencia, pero también lo hace una segunda ala y abrazaderas de alambre . Los aviones generalmente no volaban muy rápido o muy lejos, por lo que la resistencia del tren de aterrizaje (y esas otras cosas) no era un gran problema. El primer diseño con engranaje retráctil data de 1911 . Desde entonces, el equipo retráctil ha sido una decisión de diseño que cada avión debe tomar.

Retraer el tren en el avión permite una forma más limpia, lo que reduce la resistencia. Sin embargo, esto es a expensas del peso añadido. Se debe agregar el sistema de retracción, que generalmente es hidráulico, y el avión debe estar diseñado para dejar espacio para el equipo en algún lugar, al menos en su mayor parte, dentro del avión. El avión también debe estar diseñado para manejar situaciones en las que parte o la totalidad del equipo no se extiende correctamente. Para los aviones que necesitan ser rápidos y/o eficientes, vale la pena reducir la resistencia al equipo retráctil.

El arrastre adicional también debe ser soportado por la estructura. Las aeronaves con tren retráctil tendrán una velocidad máxima a la que se puede extender el tren. Incluso el equipo con carenados adecuados agregaría una resistencia significativa a las velocidades a las que vuelan los aviones. Esto sería mucho más crítico a velocidades supersónicas. En estos casos, el peso del refuerzo del engranaje podría ser incluso mayor que el peso del sistema de retracción.

Particularmente, los aviones de aviación general más pequeños tienden a no tener equipo retráctil. El sistema de retracción agrega peso y complejidad adicionales (y por lo tanto costos), que serán bastante significativos en un avión pequeño. El engranaje fijo es simple y puede diseñarse para minimizar la resistencia tanto como sea posible. Estos aviones normalmente no necesitan volar rápido o tener un gran alcance, por lo que la resistencia adicional es un problema menor. Otros aviones pequeños tienen equipo retráctil, lo que permitirá una mayor velocidad y alcance. El tipo PA-32 que se muestra en la respuesta de Dave también se produjo más tarde en una versión de engranaje retráctil .

Respuesta corta: les permite volar más rápido y más lejos.

Respuesta larga: el vuelo 3378 de Hapag-Lloyd demostró esto de manera impresionante el 12 de julio de 2000. Con destino a Hannover, no retractaron el tren después del despegue en Chania, Creta. El combustible era suficiente para la distancia planificada más las reservas, pero la marcha extendida aumentó tanto el consumo de combustible que se quedaron sin combustible mientras se acercaban a su aeródromo de desvío cerca de Viena. El consumo de combustible en ruta fue el doble de lo que hubiera sido con el tren retraído.

La resistencia se compone de un componente relacionado con la sustentación (resistencia inducida, línea azul debajo) y un componente constante (resistencia de sustentación cero, línea roja debajo), y ambos dependen de la presión dinámica, que es el producto de la densidad del aire y el cuadrado de velocidad aerodinámica. Mientras que el componente relacionado con la sustentación sube con una presión dinámica reducida, el componente constante subirá con una presión dinámica aumentada. Por lo tanto, extender el tren aumentará el componente de arrastre constante, y aunque volar más lento ayuda a reducir su contribución, aumentará el componente de arrastre relacionado con la sustentación . Al final, la resistencia será mayor a todas las velocidades.

Contribuciones típicas de arrastre sobre la velocidad de un planeador. La física de los aviones comerciales es la misma, solo que los números son más grandes. En crucero, todos los aviones intentan volar lo más cerca posible de la mínima resistencia.

La única razón para un piñón fijo es el costo, el peso y la simplicidad. El rendimiento siempre sufrirá por ello.

Porque es una molestia dejarlo abajo (juego de palabras). Algunos aviones GA más pequeños (y también aviones grandes) pueden extender el tren de aterrizaje a través de una amplia gama de sus velocidades operativas y usarlos como un freno de velocidad bastante efectivo. El DA42 viene a la mente en este sentido.

Por lo que vale, hay muchos aviones de aviación general que tienen tren fijo.

Retraer el tren de aterrizaje en un avión pequeño siempre ha sido un tema interesante. Algunos sencillos de pistón más antiguos tienen un engranaje de retracción manual como los primeros Mooney M20 que usaban una barra Johnson para retraer el engranaje. Este sistema algo anticuado es, por algunos, muy buscado por su simplicidad.

(la gran barra plateada en el medio es la palanca de cambios)

El equipo plegable también tiene poco que ver con el tamaño del avión. El Mooney M-18 "Mite" , que es un avión diminuto para los estándares de cualquiera, tenía equipo retráctil (también operado por barra Johnson).

Una forma de reducir la resistencia en un avión de tren fijo es mediante el uso de carenados de engranajes. Si bien ayudan con la velocidad, también pueden causar problemas si el avión aterriza con fuerza. En algunos casos (si la rueda está inflada incorrectamente), un aterrizaje fuerte o un rebote harán que la rueda se hinche mientras gira, lo que podría irritar o dañar gravemente el carenado.

¿Por qué todos los aviones tienen que retraer su tren de aterrizaje una vez que alcanzan una altura específica?
¿Por qué no pueden simplemente dejar su tren de aterrizaje desplegado durante todo el vuelo?

Ambas preguntas son falsas en su premisa:

• Todos los aviones no tienen que retraer su equipo; muchos aviones son de tren fijo y no pueden retraer el tren. Algunos aviones retraen su equipo.

• Los aviones pueden dejar su equipo desplegado durante todo el vuelo, siempre que permanezcan lo suficientemente lentos como para que la resistencia adicional del flujo de aire no dañe el avión y el tren de aterrizaje.

Los aviones que tienen tren retráctil generalmente retraen su tren para mejorar el rendimiento. Al no tener ruedas y puntales colgando, el avión es aerodinámico, mejora la eficiencia del combustible, les permite volar más rápido y más alto, y hace que el viaje dentro de la cabina sea más silencioso y cómodo. Por lo tanto, el engranaje retráctil es generalmente deseable.

Pero, como sugirió su pregunta, no es obligatorio y no se basa en una altura específica. (en todo caso, se basa en una velocidad aerodinámica)

El tren de aterrizaje simplemente retráctil está hecho para reducir la resistencia adicional creada por el tren de aterrizaje fijo y, por lo tanto, más pesado que el avión (avión) puede mejorar en velocidad y viajar a alta velocidad a mayor altitud.