El diseño del tren de aterrizaje está estrechamente relacionado con la misión de una aeronave. No es lo mismo aterrizar en el agua que en una pista corta, ni que sea un bombardero a un avión STOL. De hecho ya hemos visto en este blog diseños raros de trenes de aterrizaje, como de oruga, de cojín de aire, o un estudio sistemático de trenes para aviones ligeros que deben aterrizar en casi cualquier sitio.
Si bien ya os hemos hablado de los aviones estadounidenses con tren de orugas o de cadenas, hoy va a ser la primera vez que contemos su historia de forma tan detallada. Sentaos que nos va a llevar un rato.
Introducción
En la década de 1940 se pensaba que los aviones de bombardeo pesado, si usaban trenes convencionales, requerirían pistas de hormigón muy grueso y costoso. Algo que no nos sorpende si observamos el tamaño que llegaron a alcanzar las ruedas del XB-36.
Los trenes de aterrizaje sobre orugas parecían ser una solución a este problema. La sustitución del tren de aterrizaje con orugas por el tren de ruedas eliminaría la necesidad de pistas largas, muy preparadas y reforzadas, y facilitaría las operaciones en terrenos accidentados.
En 1944, el requisito militar A-1-1 pedía “un tren de aterrizaje de avión de nuevo tipo que efectúe la máxima distribución de peso posible” adecuado para su uso en pavimento y superficies no preparadas. Se sugirió el uso de trenes con carretones de múltiples ruedas, o cadenas.
En julio de 1948, Air Material Command informó que la política para el diseño del tren de aterrizaje debería definir la superficie disponible para operaciones seguras de aeronaves.
Primeros diseños
La primera propuesta de tren de cadenas provino de J.W. Christie, cosa que no nos sorprende, puesto que es uno de los inventores de los tanques que vuelan.
Después de ser entrevistado por el general H.H. Arnold en noviembre de 1939, se le indicó a Christie que trabajara en Wright Field en los dibujos para la instalación de un tren de aterrizaje en un Douglas A-20. Christie planeó usar una cadena fabricada por Goodrich Corporation, diseñada para trabajos de construcción pesados.
El A-20
Se contrató a Dowty Equipment Corporation en junio de 1941 para la ingeniería de diseño del tren de oruga para el A-20 por un monto de $ 20,000. El diseño que Dowty propuso usar incluía una banda de rodadura inflada con aire, como el tren de Bonmartini, dos rodillos principales con frenos, dos rodillos auxiliares más pequeños suspendidos sobre la parte de la banda que toca el suelo y un tensor más pequeño o una rueda guía montada debajo del tramo superior de la banda para proporcionar tensión constante. En febrero de 1942, se completó el trabajo de diseño con Dowty.
En junio se emitió un nuevo contrato a Goodyear Tire & Rubber Company para el diseño y la fabricación del tren de aterrizaje con orugas A-20 por un monto de $100,000. Dowty estaba proporcionando el amortiguador, pero había subcontratado a Firestone para el trabajo experimental y de desarrollo de la pista y el mecanismo. Sin criterios de diseño para el tren del A-20, Firestone primero diseñó y construyó un tren de oruga con banda de rodadura de goma para un avión Stearman PT-17 y luego instaló el mismo tren en un Fairchild PT-19 usando un amortiguador diferente. El nuevo sistema funcionó satisfactoriamente en ambos.
El tren de oruga para el A-20 se completó en junio de 1942 y se envió a AMC, donde se instaló en el A-20C (BuNo. 41-19158).
El tren, que no era retráctil, utilizaba una rueda de morro convencional. Las pruebas comenzaron en la primavera de 1943 y se consideró que el funcionamiento era «muy satisfactorio» en diversas condiciones del terreno, a excepción de un fallo en la cadena durante la prueba.
El sistema de orugas pesaba casi el doble que un tren de ruedas convencional y requería un aumento de la distancia de despegue del 15 por ciento.
En el verano de 1945, el A-20 estaba siendo utilizado para pruebas de rodaje cuando resultó dañado en un accidente. El fuselaje se rompió y llevó casi un año adquirir un reemplazo. El programa de prueba se reanudó en febrero de 1946 utilizando el A-20H BuNo. 44-466, para determinar los requisitos estructurales para la cogida del tren. Después de las pruebas instrumentadas realizadas por Fairchild (cuyos resultados se utilizarían en el diseño del tren de oruga del C-82), el avión se devolvió a Wright Field para realizar pruebas en superficies duras, como hielo y nieve.
El programa de pruebas con el A-20 se completó en agosto de 1947 y había «demostrado que el principio de funcionamiento del tren de oruga era completamente válido».
El P-40
Simultáneamente con la prueba del tren de oruga en el A-20, Firestone recibió un contrato de $ 15,900 en junio de 1943 para diseñar y probar un sistema de tren de oruga, para el avión de combate Curtiss P-40, adecuado para operaciones desde playas de arena.
El sistema de orugas P-40 contaba con dos cadenas por pata de tren principal y se esperaba que ejerciera solo la mitad de la presión sobre el suelo que el equipo convencional.
El tren de oruga se instaló en XP-40 BuNo. 38-10 en Wright Field en septiembre. El tren de cola seguía siendo una rueda. Las pruebas comenzaron en febrero de 1944, pero durante las pruebas de rodaje, el sistema se llenaba de nieve y hielo entre la cadena y los tambores principales, estirando la correa.
En vuelos posteriores, el tren acumuló hierba y barro. Junto con la prueba del sistema de tren de oruga, se utilizaron otros aviones P-40 para probar el tren de ruedas múltiples en Wright Field.
Todos estos aviones fueron programados para pruebas adicionales por parte del Proving Ground Command en Eglin Field, pero durante las pruebas, el XP-40 con cadenas sufrió daños irreparables y se almacenó en el AMC.
La prueba indicó que el tren de oruga era ineficiente para las operaciones de combate debido a la excesiva resistencia a la rodadura que ofrecía el tren, la incapacidad de la oruga para sortear grietas en el suelo y obstáculos, además de por acumular en ella barro, hierba, hielo…
Aunque el proyecto P-40 no logró los resultados esperados, ni un tren de aterrizaje de cadenas apto para las operaciones de combate, se obtuvo un conocimiento muy valioso. Se concluyó:
- que las aeronaves más ligeras requerían cadenas más largas y estrechas,
- y que las futuras cadenas deberían diseñarse para ajustarse al suelo que prevalece en las áreas donde se operaría la aeronave en particular.
El C-82
Durante el otoño de 1945, Fairchild realizó un estudio preliminar incorporando orugas en aeronaves de carga pesada utilizando un fuselaje de C-82 para las pruebas.
Se aprobó un contrato en noviembre de 1946 por un valor de $250,000. El equipo estaba compuesto por la cadena, el carretón de magnesio, las ruedas, los frenos que montaban una estructura amortiguadora y el mecanismo de retracción.
La fabricación de los conjuntos de tren principal y de morro comenzó a principios de 1947. El tren de oruga aumentó el peso bruto del C-82 Bu.núm. 44-23014 en 1200 libras (545kg).
Mientras que se estaba probando en Fairchild, los amortiguadores de aceite tuvieron fugas y debieron ser reemplazados. Aun así, Fairchild informó que las pruebas de taxi, en general, fueron exitosas.
Una vez que se completaron las pruebas funcionales en Fairchild, el C-82 se devolvió a Wright-Patterson AFB para las pruebas operativas.
Casi al mismo tiempo, Fairchild recibió un contrato por 23 juegos adicionales de trenes de oruga para el C-82, 18 estaban programados para la instalación y 5 eran para repuestos.
El tren del C-82, a diferencia del A-20, era completamente retráctil. La tensión de la correa de 10,000 libras fue proporcionada por amortiguadores neumáticos y de aceite, y las ranuras en «V» de la pista de rodadura/ruedas ayudaron a que la cadena no se saliera.
Las pruebas iniciales indicaron que las cadenas de Goodrich eran demasiado débiles. Durante el verano de 1948, el tren se probó en arena, en ese momento se produjo un fallo estructural en el tren de morro y la cadena del tren principal se desprendió.
Desafortunadamente, para cumplir con el calendario de pruebas, el equipo de producción no pudo esperar los resultados de la investigación del fallo.
Durante abril de 1949, el personal de AMC visitó varios aeródromos con el C-82 equipado con orugas. El AMC admitió que se había quedado corto en la fase de prueba debido a la necesidad de devolver el equipo experimental a Fairchild, mientras se construían los modelos de producción, lo que retrasó la prueba del equipo experimental.
Además, el mantenimiento del tren de oruga en diversas condiciones del suelo era un dolor de cabeza. El tren de oruga funcionó satisfactoriamente en hierba y en tipos específicos de barro, pero no pudo operar bien en arena que contuviera cierta cantidad de suciedad. También se reconoció que el tren con esquíes era mejor para operaciones en la nieve.
Debido a diversos fallos en las cadenas y otros en los propios aviones equipados con orugas, más lo expuesto arriba, se decidió cancelar la entrega de siete de los C-82 equipados con orugas.
A fines de abril de 1949, se habían aceptado 10 C-82 equipados con orugas; 8 estaban retrasados. Cuatro de las aeronaves entregadas serían dejadas en tierra, 6 se almacenarían en Fairchild y una (No. 45-57746) seguiría en pruebas con el AMC. Una vez concluidas, se tomó la decisión de no avanzar con el tren de orugas en el C-82.
El Boeing B-50
Boeing también probó el sistema de tren de oruga. Inicialmente solicitó probar el sistema de orugas en un B-29 de forma preliminar a su uso en el B-50, pero AMC optó por renunciar a las pruebas del B-29 e instalar el tren de orugas directamente en el B-50B No. 47-118 para acelerar el programa. Boeing subcontrató el tren principal de orugas a Goodyear y el de morro a Firestone.
Surgieron serios problemas en relación con la instalación del B-50. En primer lugar, Goodyear experimentó grandes dificultades para fabricar una cadena que pudiera soportar las altas cargas de tracción y, en segundo lugar, el tren de rodaje interfería con el patrón de artillería defensiva del avión.
Cuando se recibieron las cadenas del tren principal de Goodyear, no se podían usar a más de 70 millas por hora (116km/h). El tren de morro de Firestone tampoco se pudo utilizar para las pruebas de vuelo. Las pruebas de taxi con el B-50 se realizaron remolcándolo, ya que las cadenas no eran válidas para alta velocidad.
Cuando el B-50 realizó su primer vuelo en Boeing a principios de 1949, las características de vuelo, incluidas la retracción y la suspensión, fueron satisfactorias. El programa de prueba se retrasó por dificultades de mantenimiento del tren y fallos en los cojinetes durante el otoño y el invierno. En enero de 1950 se finalizó el contrato. No se realizaron más pruebas en el B-50 equipado con orugas.
El XB-36
A pesar de los fracasos de los programas de prueba de vuelo anteriores, el tren de oruga se probó nuevamente en el avión más grande en el inventario de la Fuerza Aérea en ese momento, el Consolidated B-36 Peacemaker. El avión era tan pesado, su rueda tan enorme y la presión que ejercía sobre las pistas tan grande, que en abril de 1948, se modificó el contrato del avión para prever el diseño, la fabricación y la instalación del sistema de tren de oruga en el B-36.
El primer XB-36 No. 42-13570 fue el asignado al programa de ensayos. Las pruebas previamente programadas con el prototipo del bombardero retrasaron el programa del tren de oruga hasta noviembre de 1949.
La instalación del tren de oruga se completó en febrero de 1950 y se inició el programa de ensayos, con el peso del avión restringido a 250,000 libras (113500kg).
El sistema era similar al del P-40, con una cadena a cada lado de la pata del tren. Cada una tenía 16 pulgadas de ancho y 275 pulgadas de largo. Su sección transversal no era constante, teniendo dos pulgadas de grosor en el centro y una pulgada en los lados. Las ruedas también tenian forma de V, encajando en la cadena.
Las cadenas de goma estaban reforzadas con cables de acero, para evitar los problemas de baja resistencia a tracción que habían mostrado otros trenes.
Aunque los trenes de de oruga pesan 5,600 libras más que las ya pesadas y gigantescas ruedas originales, tenían una presión media máxima de 57 libras por pulgada cuadrada (0.4MPa) en comparación con 156 libras por pulgada cuadrada (1.1MPa) del tren con carretón de cuatro ruedas, ¡imaginad la comparación con el tren original con rueda gigante!
Con las pruebas de rodaje completadas a principios de marzo, el XB-36 se preparó para su primer vuelo utilizando el tren de orugas, el más grande probado en un avión.
El primer y único vuelo del tren de orugas [vídeo] ocurrió el 26 de marzo de 1950. El despegue se describió como muy áspero y ruidoso. El avión hizo un circuito alrededor del aeródromo una vez y se dispuso a aterrizar.
Las cadenas dejaron un rastro por la pista. El sistema de orugas se consideró inadecuado para un avión tan pesado y la idea finalmente se abandonó.
La idea del tren de aterrizaje sobre orugas fue inicialmente muy atractiva. Durante un tiempo, se presentaron muchas propuestas de aeronaves para ser equipadas con orugas, entre ellas, el B-17, el planeador CG-4A, el C-47, el C-119B y el C-122. El Alaskan Command solicitó información sobre las modificaciones del C-47 para un posible trabajo de SAR (Search And Rescue) el Ártico. Incluso Northrop presentó una propuesta de tren de aterrizaje de oruga para su ala volante RB-49.
El sistema de orugas era muy prometedor sobre el papel, pero los rigurosos ensayos realizados por el Air Materiel Command demostraron que no era práctico para el uso en producción.
El tren de carretón con múltiples ruedas, el más común hoy día en cualquier avión grande, se impuso para los aviones grandes, y los neumáticos de tipo balón, de muy baja presión, para los aviones STOL más pequeños.