Equipo de detención

Un sistema de frenado , o mecanismo de frenado , es un sistema mecánico utilizado para desacelerar rápidamente una aeronave durante el aterrizaje . En los portaaviones, el sistema de frenado 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 tendidos a lo largo del área de aterrizaje, diseñados para ser enganchados por el gancho de cola de la aeronave . Durante un frenado normal, el gancho de cola engancha el cable y la energía cinética de la aeronave se transfiere a sistemas de amortiguación hidráulica instalados bajo la cubierta del portaaviones. Existen otros sistemas relacionados que utilizan redes para atrapar las alas o el tren de aterrizaje de la aeronave . Estos sistemas de barreras y barricadas se utilizan únicamente para frenados de emergencia de aeronaves sin ganchos de cola operativos.

Los sistemas de cables de detención fueron inventados por Hugh Robinson y utilizados por Eugene Ely en su primer desembarco en un barco, el crucero acorazado USS Pennsylvania , el 18 de enero de 1911. Estos primeros sistemas tenían cables que pasaban por poleas y estaban sujetos a contrapesos, como sacos de arena. Cables de detención más modernos fueron probados en el HMS Courageous en junio de 1931, diseñados por el comandante CC Mitchell . ^{[ 1 ]}  

Los portaaviones modernos de la Armada de los EE. UU. tienen instalado el sistema de frenado Mark 7 Mod 3, que tiene la capacidad de recuperar una aeronave de 50 000 libras (23 t) a una velocidad de ataque de 130 nudos (240 km/h; 150 mph) en una distancia de 344 pies (105 m) en dos segundos. ^{[ 2 ] : 52} El sistema está diseñado para absorber una energía máxima teórica de 47,5 millones de libras-pie (64,4 MJ) con el cable extendido al máximo.      

Antes de la introducción de la cubierta de vuelo en ángulo , se utilizaban dos sistemas (además de los cables de cubierta) para evitar que los aviones que aterrizaban chocaran con los aviones estacionados más adelante en la cubierta de vuelo: la barrera y la barricada. Si el gancho de cola del avión no enganchaba un cable, su tren de aterrizaje quedaba sujeto por una red de 0,9 a 1,2 metros de altura, conocida como barrera . Si el avión enganchaba un cable al tocar tierra, la barrera podía bajarse rápidamente para permitir que el avión rodara sobre ella. La última red de seguridad era la barricada , una gran red de 5 metros de altura que impedía que los aviones que aterrizaban chocaran con otros aviones estacionados en la proa. Las barreras ya no se utilizan, aunque a veces se denomina "barreras" a los dispositivos de frenado terrestres. Las barricadas todavía se utilizan a bordo de los portaaviones, pero solo se instalan y utilizan en casos de emergencia.  

Un frenado normal se realiza cuando el gancho de frenado de una aeronave que se aproxima se engancha a uno de los brazos de frenado de la cubierta. ^{[ 3 ]} Cuando una aeronave que aterriza se engancha a un brazo de frenado de la cubierta, la fuerza de su movimiento hacia adelante se transfiere a un cable de tracción, que se dirige mediante poleas al motor de frenado, ubicado en una sala de máquinas debajo de la cabina de vuelo o a ambos lados de la pista. A medida que la aeronave que se está frenando tira del brazo de frenado de la cubierta y del cable de tracción, la energía cinética de la aeronave se transfiere a la energía mecánica de los cables, y el motor de frenado transfiere la energía mecánica de los cables a energía hidráulica. Este sistema clásico de frenado hidráulico está siendo reemplazado por uno que utiliza electromagnetismo, donde la absorción de energía es controlada por un motor turboeléctrico. El motor de frenado produce una parada suave y controlada de la aeronave que aterriza. Al finalizar el frenado, el gancho de frenado de la aeronave se desengancha del brazo de frenado de la cubierta, que luego se retrae a su posición normal.

Los portaaviones modernos suelen tener tres o cuatro cables de frenado tendidos a través 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. ^{[ 4 ]} 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 un aterrizaje corto. Las aeronaves que se aproximan para aterrizar en un portaaviones están aproximadamente al 85% de la potencia máxima. Al tocar tierra, el piloto avanza los aceleradores a potencia militar (MIL) . En las aeronaves F/A-18E/F Super Hornet y EA-18G Growler , la aeronave reduce automáticamente el empuje del motor al 70% una vez que se detecta la desaceleración de un frenado exitoso. Esta función puede ser anulada por el piloto seleccionando el postquemador máximo. Si la aeronave no logra engancharse al cable de frenado, una situación conocida como " bloqueo ", tiene potencia suficiente para continuar descendiendo por la cubierta de vuelo inclinada y volver a despegar. Una vez que el sistema de frenado detiene la aeronave, el piloto reduce la potencia de los motores al ralentí, levanta el gancho y se desplaza por la pista.

Además de los CVN ( portaaviones nucleares ) estadounidenses, el Charles de Gaulle francés , el Admiral Kuznetsov ruso , los Liaoning , Shandong y Fujian chinos , así como los Vikramaditya y Vikrant indios , son portaaviones en servicio o futuros equipados con sistemas de frenado.

Los aeródromos militares terrestres que operan aviones de combate o de entrenamiento a reacción también utilizan sistemas de frenado, aunque no son obligatorios para todos los aterrizajes. Se emplean para aterrizar aeronaves en pistas cortas o temporales, o en emergencias que impliquen fallos en los frenos, problemas de dirección u otras situaciones en las que no sea posible o seguro utilizar toda la longitud de la pista. Existen tres tipos básicos de sistemas terrestres: permanentes, expedicionarios y de detención.

Los sistemas permanentes están instalados en casi todos los aeródromos militares estadounidenses que operan aviones de combate o de entrenamiento a reacción. Los sistemas expedicionarios son similares a los permanentes y se utilizan para el aterrizaje de aeronaves en pistas cortas o temporales. Los sistemas expedicionarios están diseñados para instalarse o desinstalarse en tan solo unas horas.

Los sistemas de frenado de emergencia, que consisten en cables con gancho o redes elásticas conocidas como barreras, se utilizan comúnmente como sistema de respaldo. Estas redes atrapan las alas y el fuselaje de la aeronave y utilizan un motor de frenado u otros métodos, como cadenas de anclaje o haces de material textil tejido, para reducir su velocidad. En algunos aeródromos terrestres donde la zona de frenado es corta, se utiliza una serie de bloques de hormigón denominados sistema de frenado de materiales de ingeniería (EMAS). Estos materiales se utilizan para atrapar el tren de aterrizaje de la aeronave y frenarla mediante la resistencia a la rodadura y la fricción. La aeronave se detiene por la transferencia de energía necesaria para aplastar los bloques. A diferencia de otros tipos de sistemas de frenado, el EMAS también se utiliza en algunos aeropuertos civiles donde la zona de frenado es más corta de lo que normalmente se permite.

El primer uso de una barrera en un aeródromo militar se produjo durante la Guerra de Corea , cuando los cazas a reacción debían operar desde pistas más cortas donde no había margen de error. El sistema empleado era simplemente una adaptación de la barrera Davis utilizada en los portaaviones de cubierta recta para evitar que cualquier aeronave que no alcanzara los cables de frenado chocara contra las aeronaves estacionadas delante de la zona de aterrizaje. Sin embargo, en lugar del sistema hidráulico más complejo utilizado en los portaaviones para detener la aeronave al impactar contra la barrera, el sistema terrestre utilizaba pesadas cadenas de ancla de barco para detener la aeronave. ^{[ 5 ]}

Los principales sistemas que componen un equipo de frenado típico son el cable o colgantes de gancho, los cables o cintas de tracción, las poleas y los motores de frenado. ^{[ 6 ]}

Colgante transversal

También conocidos como cables o alambres de detención, los cables de suspensión transversales son cables de acero flexibles que se extienden a lo largo del área de aterrizaje para ser enganchados por el gancho de detención de una aeronave que se aproxima. En los portaaviones hay tres o cuatro cables, numerados del 1 al 4 de popa a proa. Los cables de suspensión están hechos de cable de acero con un diámetro de 1, 1 + 1/4 o 1 + 3/8 pulgadas (25, 32 o 35 mm) . Cada cable de acero está compuesto por numerosos hilos trenzados alrededor de un núcleo central de cáñamo aceitado , que proporciona una "amortiguación" para cada hilo y también lubrica el cable. Los extremos del cable están equipados con acoplamientos terminales diseñados para una rápida desconexión durante el reemplazo y pueden desmontarse y reemplazarse rápidamente (en aproximadamente 2-3 minutos en los portaaviones). ^{[ 6 ]} En los portaaviones estadounidenses, los cables de detención se retiran y reemplazan después de cada 125 aterrizajes con detención. ^{[ 7 ]} Los cables individuales a menudo se retiran y se dejan "despojados" para realizar el mantenimiento de otros componentes del sistema de frenado durante las recuperaciones de aeronaves (utilizando otros sistemas en línea). Los soportes de cable elevan los colgantes de la plataforma varios centímetros para que puedan ser recogidos por el gancho de cola de una aeronave que aterriza. Los soportes de cable en los portadores son simplemente resortes de lámina de acero curvados que pueden flexionarse para permitir que una aeronave ruede sobre el colgante de la plataforma instalado. En los sistemas terrestres, los soportes de goma en forma de "donut" de 15 cm de diámetro elevan el cable de la superficie de la pista aproximadamente 7,5 cm . ^{[ 8 ]}     

Motores de frenado

Cada colgante tiene sus propios sistemas de motor que absorben y disipan la energía desarrollada cuando una aeronave que aterriza es detenida. En los portaaviones estadounidenses de la clase Nimitz , se utilizan sistemas hidroneumáticos, cada uno con un peso de 43 toneladas cortas (39 t ) , en los que el aceite es impulsado hidráulicamente fuera de un cilindro por un pistón conectado al cable de tracción, a través de una válvula de control . ^{[ 2 ] : 52 [ 6 ]} Un desarrollo importante en el mecanismo de detención fue la válvula de control de recorrido 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 recorrido independientemente de la masa y la velocidad. El peso de la aeronave es establecido por el operador de cada motor del mecanismo 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 "máx trap", para 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 una absorción de energía adecuada por parte del sistema. El oficial de vuelo en la sala de control de vuelo principal le indica al operador el peso de la aeronave. A continuación, el operador ajusta la válvula de control de despegue constante al peso adecuado para esa aeronave. La presión del motor del tren de aterrizaje se mantiene constante en aproximadamente 400 psi (2800 kPa) . La válvula de despegue constante (CROV) detiene la aeronave, a diferencia de la presión hidráulica.   

Los sistemas terrestres permanentes y expedicionarios suelen constar de dos motores de frenado ubicados a ambos lados de la pista. Estos motores aplican fuerza de frenado a los carretes que sujetan las cintas de tracción, lo que a su vez reduce la velocidad de la aeronave y la detiene. Los dos métodos más comunes que utilizan los motores de frenado terrestres para aplicar la fuerza de frenado son el freno de fricción rotativo y el sistema hidráulico rotativo, o "torbellino de agua". El freno de fricción rotativo consiste simplemente en una bomba hidráulica acoplada al carrete, que aplica una presión gradual a los frenos multidisco montados en el carrete. El sistema hidráulico rotativo consiste en 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 el frenado proporciona la resistencia necesaria para reducir la velocidad del carrete y detener la aeronave. Una vez que la aeronave se libera del cable, las cintas y el cable se retraen mediante un motor de combustión interna o un motor eléctrico instalado en el motor de frenado.

El recorrido excesivo durante una detención se conoce como "bloqueo doble". Este término proviene de la jerga naval y se refiere a cuando, una vez que todo el cable ha pasado por un sistema de poleas, los dos bloques de poleas se tocan, de ahí la expresión "bloqueo doble". El recorrido excesivo puede deberse a ajustes incorrectos del sistema de detención, un peso bruto excesivo de la aeronave, una velocidad de acoplamiento excesiva o un empuje excesivo aplicado durante la detención. Los aterrizajes descentrados también conllevan el riesgo de dañar el sistema de detención.

Equipo de frenado electromagnético

Los electroimanes se están utilizando en el nuevo sistema avanzado de frenado (AAG) en los portaaviones estadounidenses. El sistema actual (arriba) se basa en la hidráulica para reducir la velocidad y detener una aeronave durante el aterrizaje. Si bien el sistema hidráulico es eficaz, como lo demuestran más de cincuenta años de implementación, el sistema AAG ofrece varias mejoras. El sistema actual no puede capturar vehículos aéreos no tripulados (UAV) sin dañarlos debido a las tensiones extremas en la estructura del avión. Los UAV no tienen la masa necesaria para accionar el gran pistón hidráulico utilizado para atrapar aviones tripulados más pesados. Mediante el uso de electromagnetismo, la absorción de energía es controlada por un motor turboeléctrico. Esto hace que la captura sea más suave y reduce el impacto en las estructuras del avión. Aunque el sistema se verá igual desde la cubierta de vuelo que su predecesor, será más flexible, seguro y confiable, y requerirá menos mantenimiento y personal. ^{[ 11 ]} Este sistema se está probando en el USS Gerald R. Ford  y se instalará en todos los portaaviones de la clase Gerald R. Ford .

Además del AAG desplegado en los portaaviones estadounidenses, la Armada china también desplegó equipos de detención electromagnética en sus portaaviones chinos, como el Tipo 003 Fujian . ^{[ 12 ]}

La barricada es un sistema de recuperación de emergencia que se utiliza únicamente cuando no es posible realizar una detención normal (con barra colgante). Normalmente, la barricada se encuentra almacenada y se despliega solo cuando es necesario. Para desplegarla, se extiende a lo largo de la cubierta de vuelo entre puntales que se elevan desde la misma. El despliegue de la barricada es una práctica habitual del personal de cubierta de los portaaviones estadounidenses; una tripulación bien entrenada puede completar la tarea en menos de tres minutos. ^{[ 6 ]}

La cinta de barricada consta de correas de carga horizontales superior e inferior unidas entre sí en los extremos. Cinco correas de enganche verticales, separadas por 6 metros (20 pies ) , están conectadas a cada correa de carga superior e inferior. La cinta de barricada se eleva a una altura aproximada de 6 metros (20 pies). La cinta de barricada se engancha a las alas de la aeronave que aterriza, donde la energía se transmite desde la cinta a través del cable de tracción hasta el motor de frenado. Tras un frenado con barricada, la cinta y los cables de cubierta se desechan y los puntales se bajan de nuevo a sus ranuras empotradas. Los enganches con barricada son poco frecuentes, ya que los ganchos de cola están diseñados para ser extremadamente seguros, y una aeronave que regresa del combate con daños tan graves probablemente no podría 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 STOBAR rusos e indios solo tienen instalados sistemas de frenado convencionales.  

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