Equipo de detención

Los sistemas de cables de frenado fueron inventados por Hugh Robinson y fueron utilizados por Eugene Ely en su primer aterrizaje en un barco, el crucero acorazado USS Pennsylvania, el 18 de enero de 1911. Estos primeros sistemas tenían cables que pasaban por poleas y se fijaban a pesos muertos, como sacos de arena. En junio de 1931 se probaron cables de frenado más modernos en el HMS Courageous, diseñados por el comandante C. C. Mitchell.^[1]

Los modernos portaaviones de la Armada de los Estados Unidos S. Navy tienen instalado el sistema de frenado Mark 7 Mod 3, que tiene la capacidad de recuperar un avión de 50 000 libras (22,7 t) a una velocidad de 130 knots (240 km/h; 150 mph) en una distancia de 344 pies (104,9 m) en dos segundos.^[2]: 52 El sistema está diseñado para absorber una energía máxima teórica de 47.5 millones de lb/ft (64.4 MJ) en el recorrido máximo del cable.

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 lograba engancharse en un cable, su tren de aterrizaje quedaba atrapado en una red de 3 a 4 pies (0,9 a 1,2 m) conocida como «barrera». Si el avión enganchaba un cable al tomar 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 15 pies (4,6 m) que impedía que los aviones que aterrizaban chocaran con otros aviones estacionados en la proa. Las barreras ya no se utilizan, aunque los dispositivos de frenado en tierra a veces se denominan «barreras». Las barricadas siguen utilizándose a bordo de los portaaviones, pero solo se instalan y utilizan en casos de emergencia.

Una detención normal se lleva a cabo cuando el gancho de detención de un avión entrante se engancha en uno de los pendones de la cubierta.^[3] Cuando un avión que aterriza engancha un pendón de cubierta, la fuerza del movimiento hacia adelante del avión se transfiere a un cable de tracción, que se dirige a través de poleas al motor de frenado, situado en una sala de máquinas debajo de la cubierta de vuelo o a ambos lados de la pista. A medida que el avión detenido tira del gancho de cubierta y del cable de tracción, la energía cinética del avión se transfiere a la energía mecánica de los cables, y el motor de detención transfiere la energía mecánica de los cables a energía hidráulica. Este sistema clásico de detención hidráulica está siendo sustituido por otro que utiliza electromagnetismo, en el que la absorción de energía se controla mediante un motor turboeléctrico. El motor de detención provoca una parada suave y controlada de la aeronave que aterriza. Una vez completada la detención, el gancho de detención de la aeronave se desengancha del gancho de la cubierta, que luego se retrae a su posición normal.

Los portaaviones modernos suelen tener tres o cuatro cables de frenado tendidos a lo largo de la zona de aterrizaje. Todos los portaaviones estadounidenses de la clase Clase Nimitz, junto con el Enterprise, tienen cuatro cables, con la excepción del USS Ronald Reagan (CVN-76) y el USS George H. W. Bush (CVN-77), que solo tienen tres.^[4] Los portaviones Clase Gerald R. Ford también tendrán tres. Los pilotos apuntan al segundo cable en la configuración de tres cables o al tercer cable en la configuración de cuatro cables para reducir el riesgo de aterrizar corto. Las aeronaves que se aproximan para aterrizar en un portaaviones vuelan aproximadamente al 85 % de la potencia máxima. Al tomar tierra, el piloto avanza los aceleradores hasta la potencia militar (MIL). 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 el poscombustor máximo. Si el avión no consigue enganchar el cable de frenado, una situación conocida como «bolter», el avión tiene suficiente potencia para continuar por la cubierta de vuelo en ángulo y volver a despegar. Una vez que el dispositivo de frenado detiene el avión, el piloto vuelve a poner los aceleradores en ralentí, levanta el gancho y rueda hasta salir de la pista.

Además de los CVN estadounidenses (portaaviones nucleares), el Charles de Gaulle (R91), el portaaviones ruso Almirante Kuznetsov, el Portaaviones Liaoning, Portaaviones chino Shandong y Fujian , así como el, también portaaviones chino Fujian (18) y el Vikrant de la India y INS Vikramaditya (R33) son portaaviones activos o futuros equipados con sistemas de frenado.

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Los aeródromos militares terrestres que operan cazas o aviones de entrenamiento a reacción también utilizan sistemas de frenado, aunque no son necesarios para todos los aterrizajes. En cambio, se utilizan para aterrizar aviones en pistas cortas o temporales, o para emergencias relacionadas con fallos de frenos, problemas de dirección u otras situaciones en las que no es posible o seguro utilizar toda la longitud de la pista. Existen tres tipos básicos de sistemas terrestres: permanentes, expedicionarios y de sobrepaso.

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.

Como sistema de respaldo se utilizan habitualmente dispositivos de frenado de sobrepaso que consisten en cables con ganchos o redes elásticas conocidas como barreras. Las redes de barrera atrapan las alas y el fuselaje de una aeronave y utilizan un motor de frenado u otros métodos, como cadenas de anclaje o haces de material textil tejido, para reducir la velocidad de la aeronave. En algunos aeródromos terrestres donde la zona de sobrepaso es corta, se utiliza una serie de bloques de hormigón denominados sistema de detención con materiales de ingeniería (EMAS). Estos materiales se utilizan para atrapar el tren de aterrizaje de una aeronave y frenarla mediante la resistencia al rodamiento y la fricción. Las aeronaves se detienen mediante la transferencia de la energía necesaria para aplastar los bloques. A diferencia de otros tipos de dispositivos de frenado, el EMAS también se utiliza en algunos aeropuertos civiles donde la zona de sobrepaso 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 tenían que operar desde aeródromos más cortos donde no había margen de error. El sistema utilizado era simplemente una adaptación de la barrera Davis utilizada en los portaaviones de cubierta recta para evitar que los aviones que no alcanzaban los cables de frenado chocaran contra los aviones estacionados delante de la zona de aterrizaje. Pero en lugar del complejo sistema hidráulico utilizado en los portaaviones para detener el avión cuando choca contra la barrera, el sistema terrestre utilizaba pesadas cadenas de ancla de barco para detener el avión. ^[5]

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

También conocidos como cables o alambres de frenado, los cables transversales son cables de acero flexibles que se extienden a lo largo de la zona de aterrizaje para ser enganchados por el gancho de frenado de un avión que se aproxima. En los portaaviones hay tres o cuatro cables, numerados del 1 al 4 de popa a proa. Los cables de frenado están fabricados con cable de acero de un diámetro de 1, 1+1⁄4 or 1+3⁄8 inches (25, 32 or 35 mm). Cada cable de acero está compuesto por numerosos hilos trenzados alrededor de un núcleo central de cáñamo engrasado, que proporciona un «amortiguador» para cada hilo y también lubrica el cable. Los extremos de los cables están equipados con acoplamientos terminales diseñados para un desmontaje rápido durante la sustitución y pueden desmontarse y sustituirse rápidamente (en unos 2-3 minutos en los portaaviones).^[6] En los portaaviones estadounidenses, los cables de frenado se retiran y se sustituyen después de cada 125 aterrizajes frenados.^[7] A menudo se retiran cables individuales y se dejan «desnudos» para realizar el mantenimiento de otros componentes del sistema de frenado durante las recuperaciones de aeronaves (utilizando otros sistemas en línea). Los soportes de alambre elevan los colgantes de cubierta varios centímetros para que puedan ser capturados por el gancho de cola de una aeronave que aterriza. Los soportes de alambre de los portaaviones son simplemente resortes de lámina de acero curvados que pueden flexionarse para permitir que una aeronave ruede sobre el colgante de cubierta instalado. En los sistemas terrestres, unos soportes de goma en forma de «rosquilla» de 15 centímetros (5,9 plg) de diámetro elevan el cable de la superficie de la pista aproximadamente 7,5 centímetros (3 plg). ^[8]

El cable de tracción es un cable metálico muy similar al cable de frenado. Sin embargo, son mucho más largos y no están diseñados para retirarse fácilmente. Hay dos cables de tracción por cada cable de frenado, y se conectan a cada extremo del cable de frenado. Los cables de tracción conectan el cable de frenado a los motores del sistema de frenado y se «desenrollan» a medida que el cable de frenado entra en contacto con la aeronave. Cuando una aeronave entrante se engancha al colgante de la cubierta, el cable de tracción transmite la fuerza de la aeronave que aterriza desde el equipo de la cubierta al motor de frenado. El colgante (cable de frenado) se «engarza» (se fija) al cable de tracción mediante un bucle creado con zinc calentado a 1000 grados Fahrenheit (537,8 °C). Esta fabricación a bordo se considera peligrosa, y se ha informado de que la Marina de los Estados Unidos está probando el uso de una prensa automatizada para llevarla a cabo de forma más segura.^{[2]: 56 [6]} En los sistemas terrestres, se utilizan cintas de nailon resistentes en lugar de cables de tracción, pero cumplen la misma función.

Los cables o cintas de frenado pasan por poleas situadas en la cubierta de vuelo o junto a la pista hasta llegar a los motores de frenado. Las poleas amortiguadoras actúan como amortiguadores hidráulicos que permiten hacer frente a las mayores velocidades de aterrizaje.

En 1957 se propuso por primera vez el concepto de un pistón que se desliza a través de un tubo de agua como un sistema de frenado económico para las bases aéreas terrestres.^[9] A principios de la década de 1960, los británicos tomaron este concepto básico y desarrollaron un sistema de frenado por pulverización para uso tanto terrestre como marítimo. El motor tenía cilindros hidráulicos que se movían a través de un tubo lleno de agua, con un tubo más pequeño a lo largo del cual había orificios de varios tamaños. La Royal Navy afirmó que no había un límite de peso teórico, pero sí un límite de velocidad.^[10]

Cada cable de frenado cuenta con sus propios sistemas de motor que absorben y disipan la energía generada al frenar un avión que aterriza. En los portaaviones estadounidenses de la clase “'Nimitz”', se utilizan sistemas hidroneumáticos, cada uno con un peso de 43 toneladas cortas (39,0 t), en los que el aceite es expulsado hidráulicamente de un cilindro por un pistón conectado al cable de tracción, a través de una válvula de control. ^{[2]: 52 [6]} Un avance importante en el sistema de frenado fue la válvula de control de desviación constante, que controla el flujo de fluido desde el cilindro del motor hasta el acumulador y está diseñada para detener todos los aviones con la misma desviación, independientemente de su masa y velocidad. El peso de la aeronave lo establece el operador de cada motor del sistema de frenado. Durante las operaciones normales, se utiliza un «ajuste de peso único» para simplificar. Este peso suele ser el peso máximo de aterrizaje, o «max trap», de la aeronave. En ciertos casos, normalmente fallos de la aeronave que afectan a la velocidad de aproximación, se utiliza un «ajuste de peso único» para garantizar la absorción adecuada de energía por parte del sistema. El operador recibe el peso de la aeronave por parte del oficial aéreo del control de vuelo primario. A continuación, el operador ajusta la válvula de control de desviación constante al ajuste de peso adecuado para esa aeronave. El ajuste de presión del motor del dispositivo de frenado se mantiene a una presión constante de aproximadamente 400 psi (281,4 mca). La válvula de salida constante (CROV) detiene la aeronave, a diferencia de la presión hidráulica.^{[cita requerida]}

Los sistemas terrestres permanentes y expedicionarios suelen consistir en dos motores de frenado situados a ambos lados de la pista. Los motores de frenado aplican fuerza de frenado a los carretes que sujetan las cintas de compra, lo que a su vez frena la aeronave y la detiene. Los dos métodos más comunes utilizados por los motores de frenado terrestres para aplicar la fuerza de frenado son el freno de fricción rotativo y los sistemas hidráulicos rotativos, o «water twister». El freno de fricción rotativo es simplemente una bomba hidráulica acoplada al carrete, que aplica una presión gradual a los frenos multidisco 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 y glicol por la turbina durante la frenada proporciona la resistencia necesaria para ralentizar el 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.^{[cita requerida]}

Un recorrido excesivo durante una frenada es una condición conocida como «dos bloques». Este nombre deriva de la jerga naval, cuando todo el cable se ha tirado a través de un sistema de poleas, los dos bloques de poleas se tocan, de ahí «dos bloqueados». El recorrido excesivo puede deberse a ajustes inadecuados del sistema de frenado, exceso de peso bruto de la aeronave, exceso de velocidad de enganche de la aeronave o exceso de empuje aplicado durante la frenada. Los aterrizajes descentrados también entrañan el peligro de dañar el sistema de frenado.^{[cita requerida]}

Se están utilizando electroimanes en el nuevo sistema Sistema avanzado de frenado (AAG) de los portaaviones estadounidenses. El sistema actual (arriba) se basa en la hidráulica para frenar y detener una aeronave 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 las tensiones extremas que se ejercen sobre el fuselaje. Los UAV no tienen la masa necesaria para accionar el gran pistón hidráulico que se utiliza 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 captura sea más suave y reduce el impacto en el fuselaje. Aunque el sistema tendrá el mismo aspecto desde la cubierta de vuelo que su predecesor, será más flexible, seguro y fiable, 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.

La barrera es un sistema de recuperación de emergencia que se utiliza únicamente cuando no es posible realizar un frenado normal (pendiente). La barrera se encuentra normalmente en posición replegada y solo se instala cuando es necesario. Para instalar una barrera, se extiende a lo largo de la cubierta de vuelo entre los puntales, que se elevan desde la cubierta de vuelo. El personal de la cubierta de vuelo de los portaaviones estadounidenses practica habitualmente el montaje de la barricada; una tripulación bien entrenada puede realizar la tarea en menos de tres minutos.^[6]