Equipo de detención - Arresting gear

Equipo de detención
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Un F-14 Tomcat desciende para hacer que un tren de detención aterrice en la cubierta de vuelo del USS  Theodore Roosevelt  (CVN-71) en 2002.

Un mecanismo de detención , o mecanismo de detención , es un sistema mecánico que se utiliza para desacelerar rápidamente una aeronave cuando aterriza . El equipo de detención de los portaaviones es un componente esencial de la aviación naval y se utiliza con mayor frecuencia en los portaaviones CATOBAR y STOBAR . También se encuentran sistemas similares en aeródromos terrestres para uso expedicionario o de emergencia. Los sistemas típicos consisten en varios cables de acero colocados a lo largo del área de aterrizaje de la aeronave, diseñados para ser atrapados por el gancho de cola de la aeronave . Durante una detención normal, el gancho de cola conecta el cable y la energía cinética de la aeronave.se transfiere a los sistemas de amortiguación hidráulicos instalados debajo de la plataforma del portador. Hay otros sistemas relacionados que utilizan redes para atrapar las alas o el tren de aterrizaje de los aviones . Estos sistemas de barricadas y barreras solo se utilizan para detenciones de emergencia para aeronaves sin ganchos traseros operables.

Historia

Avión Fairey III-F aterrizando a bordo del portaaviones británico HMS  Furious alrededor de principios de la década de 1930. Los cables de los engranajes de detención son visibles sobre la cabina de vuelo.

Los sistemas de cables de detención fueron inventados por Hugh Robinson y Eugene Ely los utilizó en su primer aterrizaje en un barco, el crucero blindado USS  Pennsylvania , el 18 de enero de 1911. Estos primeros sistemas tenían cables que pasaban por poleas y estaban sujetos a pesos muertos, como sacos de arena. . Se probaron cables de detención más modernos en el HMS  Courageous en junio de 1931, diseñado por el comandante CC Mitchell .

Los portaaviones modernos de la Armada de los EE. UU. Tienen instalado el equipo de detención Mark 7 Mod 3, que tiene la capacidad de recuperar un avión de 50,000 libras (23 t) a una velocidad de 130 nudos en una distancia de 344 pies (105 m) en dos segundos. . El sistema está diseñado para absorber la energía máxima teórica de 47,5 millones de libras-pie (64,4 MJ) a la máxima extensión del cable.

Antes de la introducción de la cabina de vuelo en ángulo , se utilizaron dos sistemas (además de los cables de la cubierta) para evitar que los aviones que aterrizaran chocaran con los aviones estacionados más adelante en la cabina de vuelo: la barrera y la barricada. Si el gancho de cola de la aeronave no lograba atrapar un cable, su tren de aterrizaje quedaría atrapado por una red de 0,91 a 1,22 m (3 a 4 pies) de altura conocida como barrera . Si la aeronave atrapó un cable al aterrizar, la barrera podría bajarse rápidamente para permitir que la aeronave rodara sobre ella. La red de seguridad final fue la barricada , una gran red de 4,6 m (15 pies) de alto que impedía que los aviones que aterrizaban chocaran contra otros aviones estacionados en la proa. Las barreras ya no se utilizan, aunque los dispositivos de detención basados ​​en tierra a veces se denominan "barreras". Las barricadas todavía están en uso a bordo de los portaaviones, pero solo se manipulan y se usan en emergencias.

Operación

Un colgante de cubierta cruzada milisegundos después de que la rueda de morro de un avión pasa sobre él. Los soportes arqueados son ballestas que elevan el colgante por encima de la cabina de vuelo.

Se logra una detención normal cuando el gancho de detención de una aeronave entrante engancha uno de los colgantes de la cubierta. Cuando una aeronave de aterrizaje se acopla a un colgante de cubierta, la fuerza del movimiento hacia adelante de la aeronave de aterrizaje se transfiere a un cable de compra que se encamina a través de poleas al motor de detención, ubicado en una sala de máquinas debajo de la cabina de vuelo o en cualquier lado de la cabina. pista. A medida que la aeronave detenida tira del colgante de cubierta y del cable de compra, la energía cinética de la aeronave se transfiere a la energía mecánica de los cables, y el motor de detención transfiere la energía mecánica de los cables a la energía hidráulica. Este sistema clásico de detención hidráulica ahora está siendo reemplazado por otro que utiliza electromagnetismo donde la absorción de energía es controlada por un motor turboeléctrico. El motor de detención provoca una parada suave y controlada del avión que aterriza. Al finalizar la detención, el gancho de detención de la aeronave se desengancha del colgante de cubierta, que luego se retrae a su posición normal.

Sistemas basados ​​en el mar

Un intruso Grumman A-6 a punto de atrapar el cable n. ° 3.

Los transportistas modernos suelen tener tres o cuatro cables de detención colocados a lo largo del área de aterrizaje. Todos los portaaviones estadounidenses de la clase Nimitz , junto con el Enterprise , tienen cuatro cables, con la excepción del USS  Ronald Reagan y el USS  George HW Bush , que solo tienen tres. Los portaaviones de la clase Gerald R. Ford también tendrán tres. Los pilotos apuntan al segundo cable para la configuración de tres cables o al tercer cable para la configuración de cuatro cables para reducir el riesgo de aterrizaje corto. Las aeronaves que llegan a aterrizar en un portaaviones están aproximadamente al 85% de la aceleración máxima. En el momento del aterrizaje, el piloto avanza los aceleradores a máxima potencia. En los aviones F / A-18E / F Super Hornet y EA-18G Growler , el avión reduce automáticamente el empuje del motor al 70% una vez que se detecta la desaceleración de una detención exitosa. El piloto puede anular esta función seleccionando postcombustión máx. Si la aeronave no logra atrapar un cable de detención, una condición conocida como " bólter ", la aeronave tiene suficiente potencia para continuar bajando por la cubierta de vuelo en ángulo y volver a estar en el aire. Una vez que el tren de detención detiene la aeronave, el piloto vuelve a poner los aceleradores en ralentí, levanta el gancho y se despeja.

Además de los CVN estadounidenses ( portaaviones nucleares ), el francés Charles de Gaulle , el almirante ruso Kuznetsov , el brasileño São Paulo , el chino Liaoning , así como el indio Vikramaditya son portaaviones activos o futuros instalados con equipo de detención.

Sistemas terrestres

Los marines estadounidenses trabajan en un motor de detención para un sistema de detención en tierra. Bobina de nota para cinta de nailon en el fondo.

Los aeródromos militares terrestres que operan aviones de combate o de entrenamiento a reacción también utilizan sistemas de equipo de detención, aunque no son necesarios para todos los aterrizajes. En cambio, se utilizan para el aterrizaje de aeronaves en pistas cortas o temporales, o para emergencias que involucran fallas en los frenos, problemas de dirección u otras situaciones en las que no es posible o seguro usar la longitud total de la pista. Hay tres tipos básicos de sistemas terrestres: equipo permanente, expedicionario e invadido.

Un F-16 hace un arresto de campo.

Los sistemas permanentes están instalados en casi todos los aeródromos militares de EE. UU. Que operan aviones de combate o aviones de entrenamiento. Los sistemas expedicionarios son similares a los sistemas permanentes y se utilizan para aterrizar aviones en pistas cortas o temporales. Los sistemas expedicionarios están diseñados para instalarse o desinstalarse en solo unas pocas horas.

El equipo de inercia que consta de cables de gancho y / o redes elásticas conocidas como barreras se utilizan comúnmente como sistema de respaldo. Las redes de barrera atrapan las alas y el fuselaje de una aeronave y utilizan un motor de detención u otros métodos como cadenas de ancla o haces de material textil tejido para reducir la velocidad de la aeronave. En algunos aeródromos terrestres donde el área de invasión es corta, se utiliza una serie de bloques de hormigón denominados sistema de detención de materiales de ingeniería (EMAS). Estos materiales se utilizan para atrapar el tren de aterrizaje de un avión y frenarlo mediante la resistencia a la rodadura y la fricción. Las aeronaves se detienen por la transferencia de energía necesaria para aplastar los bloques. A diferencia de otros tipos de equipo de detención, EMAS también se utiliza en algunos aeropuertos civiles donde el área de invasión es más corta de lo que normalmente se permitiría.

El primer uso de una barrera en un aeródromo militar fue durante la Guerra de Corea, cuando los aviones de combate tuvieron que operar desde aeródromos más cortos donde no había margen de error. El sistema utilizado fue solo un trasplante de la barrera Davis utilizada en portaaviones de cubierta recta para evitar que cualquier avión que no pasara los cables de detención se estrellara contra el avión estacionado delante del área de aterrizaje. Pero en lugar del sistema hidráulico más complejo utilizado en los portaaviones para detener la aeronave cuando choca contra la barrera, el sistema basado en tierra utilizó pesadas cadenas de ancla de barco para detener la aeronave.

Componentes

Los nuevos colgantes de plataforma cruzada están enrollados y listos para una instalación rápida.

Los principales sistemas que componen el equipo de detención típico son los cables de gancho o colgantes, cables de compra o cintas, poleas y motores de detención.

Colgante de cubierta cruzada

Los mecánicos de engranajes A reemplazan una ballesta.

También conocidos como cables o alambres de detención, los colgantes de cubierta transversal son cables de acero flexibles que se extienden a lo largo del área de aterrizaje para ser enganchados por el gancho de detención de un avión entrante. En los portaaviones hay tres o cuatro cables, numerados del 1 al 4 de popa a proa. Los colgantes están hechos de cable de acero con un diámetro de 1,  1+14 o 1+38 pulgadas (25, 32 o 35 mm). Cada cable está formado por numerosos hilos trenzados alrededor de unnúcleo central de cáñamo engrasado, que proporciona un "cojín" para cada hilo y también proporciona lubricación al cable. Los extremos de los cables están equipados con acoplamientos de terminales diseñados para un desmontaje rápido durante el reemplazo y pueden desmontarse y reemplazarse rápidamente (en aproximadamente 2 a 3 minutos en los portaaviones). En los transportistas estadounidenses, los cables de detención se retiran y se reemplazan después de cada 125 aterrizajes arrestados. Los cables individuales a menudo se retiran y se dejan "pelados" para realizar el mantenimiento de otros componentes del tren de detención durante las recuperaciones de las aeronaves (utilizando otros sistemas en línea). Los soportes de alambre elevan los colgantes de la cubierta varias pulgadas para que puedan ser recogidos por el gancho de cola de un avión que aterriza. Los soportes de alambre en los portaaviones son simplemente resortes de láminas de acero curvados que pueden flexionarse para permitir que una aeronave se mueva sobre el colgante de cubierta instalado. En los sistemas terrestres, los soportes de goma en forma de "rosquilla" de 15 cm de diámetro elevan el cable de la superficie de la pista aproximadamente 7,5 cm.

Compra cables o cintas

El cable de compra es un cable que se parece mucho al cable de detención. Sin embargo, son mucho más largos y no están diseñados para quitarse fácilmente. Hay dos cables de compra por cable de detención y se conectan a cada extremo del cable de detención. Los cables de compra conectan el cable de detención a los motores de engranajes de detención y "saltan" cuando la aeronave activa el cable de detención. Cuando una aeronave entrante se acopla al colgante de cubierta, el cable de compra transmite la fuerza de la aeronave de aterrizaje desde el tren de cubierta al motor de detención. El colgante (alambre de detención) está "prensado" (unido) al cable de compra por medio de un lazo creado con zinc calentado a 1,000 ° F (538 ° C). Esta fabricación a bordo se considera peligrosa y se informa que la Marina de los EE. UU. Está probando el uso de una prensa automatizada para lograrlo de manera más segura. En los sistemas terrestres, se utilizan cintas de nailon pesadas en lugar de los cables de compra, pero cumplen la misma función.

Gavillas

Compre cables o cintas que corran a través de poleas en la cabina de vuelo o al lado de la pista hasta los motores de detención. Las poleas de amortiguación actúan como amortiguadores hidráulicos que proporcionan mayores velocidades de aterrizaje.

Equipo de detención tipo spray

En 1957, el concepto de un pistón que se tiraba a través de un tubo de agua se propuso por primera vez como un sistema de engranaje de detención barato para bases aéreas terrestres. A principios de la década de 1960, los británicos tomaron este concepto básico y desarrollaron un sistema de equipo de detención tipo spray para uso tanto en tierra como en el mar. El motor tenía cilindros hidráulicos que se movían a través de una tubería llena de agua, con una tubería más pequeña al lado que tiene orificios de varios tamaños a lo largo de su longitud. La Royal Navy afirmó que no había un límite de peso teórico, pero sí un límite de velocidad.

Detención de motores

Un F / A-18 Hornet conecta el cable n. ° 4, con la polea de cubierta retráctil blanca en primer plano.

Cada colgante tiene sus propios sistemas de motor que absorben y disipan las energías desarrolladas cuando se detiene un avión que aterriza. En los transportadores estadounidenses de clase Nimitz , se utilizan sistemas hidroneumáticos, cada uno con un peso de 43 toneladas cortas (39  t ), en los que el aceite se expulsa hidráulicamente de un cilindro mediante un pistón conectado al cable de compra, a través de una válvula de control. Un avance importante en la detención de engranajes fue la válvula de control de descentramiento constante, que controla el flujo de fluido desde el cilindro del motor al acumulador y está diseñada para detener todas las aeronaves con la misma cantidad de descentramiento independientemente de la masa y la velocidad. El peso de la aeronave lo establece el operador de cada motor de detención. Durante las operaciones normales, se utiliza un "ajuste de peso único" para simplificar. Este peso suele ser el peso máximo de aterrizaje o "trampa máxima" de la aeronave. En ciertos casos, generalmente fallas de la aeronave que afectan la velocidad de aproximación, se utiliza un "ajuste de peso único" para asegurar la absorción de energía adecuada por parte del sistema. El oficial aéreo del Control de vuelo primario le da al operador el peso de la aeronave. Luego, el operador establece la válvula de control de descentramiento constante al ajuste de peso apropiado para esa aeronave. El ajuste de presión para el motor de engranajes de detención permanece a una presión constante de aproximadamente 400 psi (2800 kPa). La válvula de agotamiento constante (CROV) detiene la aeronave, a diferencia de la presión hidráulica.

Los sistemas terrestres permanentes y expedicionarios generalmente consisten en dos motores de detención ubicados a cada lado de la pista. Los motores de detención aplican fuerza de frenado a los carretes que sostienen las cintas de compra, lo que a su vez reduce la velocidad de la aeronave y la detiene. Los dos métodos más comunes utilizados por los motores de detención terrestres para aplicar la fuerza de frenado son el freno de fricción giratorio y los sistemas hidráulicos giratorios, o "tornado de agua". El freno de fricción giratorio es simplemente una bomba hidráulica acoplada al carrete que aplica una presión graduada a los frenos de discos múltiples montados en el carrete. El sistema hidráulico rotativo es una turbina dentro de una carcasa llena de agua / glicol acoplada al carrete. La turbulencia generada en la mezcla de agua / glicol por la turbina durante la detención proporciona la resistencia para reducir la velocidad del carrete y detener la aeronave. Una vez que la aeronave se suelta del cable, las cintas y el cable se retraen mediante un motor de combustión interna o un motor eléctrico instalado en el motor de detención.

El agotamiento excesivo durante un arresto es una condición conocida como "dos bloqueos". Este nombre se deriva del lenguaje naval cuando toda la línea se ha tirado a través de un sistema de poleas, los dos bloques de poleas se tocan, por lo tanto, "dos bloqueados". El descentramiento excesivo puede ser causado por ajustes incorrectos del tren de detención, exceso de peso bruto de la aeronave, exceso de velocidad de activación de la aeronave o exceso de empuje del avión aplicado durante la detención. Los aterrizajes descentrados también tienen el peligro de dañar el mecanismo de detención.

Sistema de aterrizaje avanzado del tren de detención

Los electroimanes se están utilizando en el nuevo sistema Advanced Arresting Gear (AAG) en los portaaviones estadounidenses. El sistema actual (arriba) se basa en la hidráulica para reducir la velocidad y detener un avión que aterriza. Si bien el sistema hidráulico es eficaz, como lo demuestran más de cincuenta años de implementación, el sistema AAG ofrece una serie de mejoras. El sistema actual no puede capturar vehículos aéreos no tripulados (UAV) sin dañarlos debido a tensiones extremas en la estructura del avión. Los UAV no tienen la masa necesaria para impulsar el gran pistón hidráulico que se usa para atrapar aviones tripulados más pesados. Mediante el uso de electromagnetismo, la absorción de energía se controla mediante un motor turboeléctrico. Esto hace que la trampa sea más suave y reduce el impacto en los fuselajes. Aunque el sistema se verá igual desde la cabina de vuelo que su predecesor, será más flexible, seguro y confiable, y requerirá menos mantenimiento y personal. Este sistema se está probando en el USS Gerald R. Ford y se instalará en todos los portaaviones de la clase Gerald R. Ford .

Barricada

Barricada portadora en posición elevada
Un S-3A Viking realiza un aterrizaje de emergencia en la barricada en la cubierta de vuelo del USS  Abraham Lincoln  (CVN-72) . La aeronave no pudo realizar una recuperación normal detenida debido al tren de aterrizaje dañado.

La barricada es un sistema de recuperación de emergencia que se usa solo cuando no se puede realizar un arresto normal (colgante). La barricada normalmente está en condiciones de estiba y aparejada solo cuando es necesario. Para montar una barricada, se extiende a lo largo de la cubierta de vuelo entre montantes, que se elevan desde la cubierta de vuelo. El personal de la cabina de vuelo del portaaviones estadounidense practica habitualmente el montaje de la barricada; un equipo bien entrenado puede realizar la tarea en menos de tres minutos.

La cincha de barricada consta de correas de carga horizontales superior e inferior unidas entre sí en los extremos. Cinco correas de enganche verticales, separadas 20 pies (6,1 m), están conectadas a cada correa de carga superior e inferior. La malla de la barricada se eleva a una altura de aproximadamente 20 pies. La cincha de la barricada se acopla a las alas del avión de aterrizaje, en donde la energía se transmite desde la cincha de la barricada a través del cable de compra al motor de detención. Después de la detención de una barricada, las correas y los cables de la plataforma se descartan y los puntales se vuelven a bajar a sus ranuras empotradas. Los enfrentamientos con barricadas son raros, ya que los ganchos de cola están diseñados para ser extremadamente a prueba de fallas, y una aeronave que regrese del combate con un daño tan severo probablemente no pueda aterrizar. Este dispositivo se ha instalado en todos los portaaviones estadounidenses y en el Charles de Gaulle francés , mientras que los portaaviones CATOBAR brasileños y los portaaviones STOBAR rusos e indios solo tienen instalados equipos de detención convencionales.

Ver también

Referencias

enlaces externos