Actuaciones en aproximación y aterrizaje

El descenso y el aterrizaje 

Como muchos aspectos del descenso son similares al ascenso, recordaremos brevemente lo que aprendimos en esa parte: 

Para vuelos de gran velocidad, los pilotos utilizan el Mach, ya que esto les brinda la máxima información sobre los posibles efectos en la aeronave cuando están cerca del límite superior de velocidad. Más allá de este límite, el avión sufre efectos supersónicos como ondas de choque o vuelos inestables. Para operaciones de baja altitud de crucero a Mach 0.78/300 kts IAS, el piloto utiliza la Velocidad indicada del aire (IAS) que le brinda la máxima información sobre cómo reacciona el avión si se acerca a los límites de velocidad más bajos. Ahora comencemos el descenso al dejar la altitud de crucero. 

Descenso desde la altitud de crucero 

La velocidad de descenso como la velocidad de ascenso depende de la cantidad de exceso de empuje sobre la resistencia del avión, en el descenso no hablamos de exceso positivo sino negativo. Esto significa que el piloto tiene que reducir el empuje dejando que la resistencia de la aeronave facilite el descenso a Mach constante o simplemente descender a un determinado IAS. La configuración normal del motor para descender desde la fase de crucero es el ralentí, lo que proporciona un empuje muy bajo de los motores. 

El momento en el que se puede iniciar un descenso desde la fase de crucero está muy determinado por los requisitos del Control de Tráfico Aéreo (ATC) y esta autorización a menudo se otorgaba tan cerca del aeropuerto de destino que los pilotos deben utilizar los frenos aerodinámicos (normalmente es el despliegue parcial de los spoilers de las alas). Este procedimiento, se utiliza para mantener el Mach y más tarde IAS al nivel deseado. El uso de frenos aerodinámicos es un desperdicio de energía potencial ganada con esfuerzo y, por lo tanto, la industria lo que trata es maximizar la economía y el consumo total de combustible mediante un descenso que pueda iniciarse tan temprano que dé lugar a un descenso continuo con velocidad óptima hasta llegar a la aproximación final para el aterrizaje. 

Este tipo de descenso maximiza la energía potencial que ganó el avión al subir a altitud de crucero. Por lo tanto, el objetivo para el ATC moderno es tener procedimientos de aproximación y descenso lo suficientemente flexibles como para permitir que eso suceda. 

En cuanto a la velocidad, el descenso es lo inverso al ascenso. El descenso inicial se realiza normalmente en crucero a Mach, 0,78. Esto se mantiene hasta la altitud donde M 0.78 se encuentra con el IAS a 300 kts (el cross-over). El IAS a 300 kts se mantiene hasta la entrada en el área terminal (TMA), donde se nos pide que mantengamos 250 kts hasta que comience la aproximación final. Los 250 kts son una vez más para evitar que los aviones se junten demasiado durante la aproximación y el aterrizaje. Uno de las tareas del ATC es organizar la separación adecuada de las aeronaves durante el procedimiento de aproximación y aterrizaje. La separación varía según las normas locales de tránsito aéreo y la calidad de la cobertura del radar, pero normalmente está en unas 3 nm cerca del aeropuerto, que puede aumentar hasta 10 nm si la cobertura del radar tiene baja resolución. 

Si las condiciones climáticas lo permiten, el ATC puede preguntarle al piloto si aceptaría hacer la aproximación final según las Reglas de vuelo visual (VFR). Si el piloto acepta esto, la responsabilidad de separación pasa al piloto y la separación normalmente se puede reducir o se puede utilizar un procedimiento de aterrizaje más eficiente. El procedimiento normal es enrutar el avión a un punto a 10 nm directamente desde la pista de aterrizaje, donde el avión tiene una altitud de 2.000 pies sobre el terreno. Desde este punto, se vuela una trayectoria de planeo ILS estándar, ya sea bajo las reglas de vuelo por instrumentos (IFR) o las reglas VFR. Una trayectoria de planeo ILS tiene (normalmente) un ángulo de 3 ° (5.2%) y se puede utilizar también para aproximaciones visuales directas, ya que uno puede verificar la posición vertical del avión mirando el indicador de la glide-slope. 

Aproximación final y aterrizaje 

Lo más importante al aterrizar es bajar la velocidad lo suficiente como para que la aeronave pueda detenerse en la pista disponible (que puede estar mojada o incluso resbaladiza por la nieve y el hielo), pero también para darle al piloto más tiempo para reaccionar y corregir cualquier alineación errónea que pueda haber durante su procedimiento de aterrizaje. Las velocidades normales en las últimas 10 millas para los aviones modernos son de 120-150 kts. 

Supongamos que nuestro avión vuela a la velocidad deseada para la aproximación de 142 kts con un peso máximo de aterrizaje de 69 toneladas, necesitamos crear una sustentación en el ala de la misma magnitud. Si dividimos la sustentación de 69 toneladas con el área del ala (129 metros cuadrados), obtenemos la sustentación por unidad de área del ala a 535 kg/m2 (carga alar). Una medida aún más utilizada es el coeficiente de sustentación, Cl, que también tiene en cuenta la densidad del aire y la velocidad del avión. Usando esta medida universal, necesitamos un Cl de 1.7 para volar la aproximación a 142 kts con nuestro peso máximo de aterrizaje. La Figura 1 muestra cómo logramos esta sustentación a baja velocidad, muestra los dispositivos de hipersustentadores que se utilizan durante el aterrizaje. 

Configuración típica de aterrizaje para un moderno avión de pasajeros con lats y flaps desplegados. En este caso, también se despliega el spoiler para ralentizar el avión. 

En el borde de ataque hay una especie de larguero llamado slat. Sirve para aumentar el ángulo de inclinación que el ala puede tener en relación con el aire que se aproxima, es el llamado ángulo de ataque o ángulo Alfa. La Figura 2 muestra el coeficiente de sustentación y el ángulo Alfa para un ala con y sin slats en la primera curva en la parte inferior. Este gráfico es un diagrama genérico y no está especialmente dibujado para un avión en concreto, pero sirve para mostrar lo que queremos explicar. 

Diagrama de configuración de aterrizaje que muestra el coeficiente de fuerza de sustentación, Cl versus ángulo de ataque para el ala. 

Con el ala limpia, el avión tiene sustentación cero cuando el ala no tiene ángulo de ataque (Alfa es cero), luego aumenta linealmente hasta un ángulo de 13° donde el ala entra en pérdida y la fuerza de sustentación se reduce con una mayor actitud de morro arriba de la aeronave. La razón de la pérdida del ala es que la corriente de aire no puede seguir la superficie del ala y se desprende bruscamente desde el borde de ataque. Si se despliega un listón guía que canalice el aire por la abertura, el ala funciona hasta un ángulo de ataque de hasta 20°. 

En el otro extremo de las alas (borde de salida) se despliegan los flaps. Esto tienen dos propósitos: 

1. El aumento de la capacidad de sustentación de las alas al curvar más el aire hacia abajo, lo que nos da la sustentación necesaria a 142 kts. 
2. Baja la actitud de morro del avión. 

Como se puede ver en el diagrama, podríamos haber alcanzado casi un Cl de 1.7 (la línea violeta) solo utilizando los slats (punto c) o simplemente con los flaps de una sola ranura (b) que sería un sistema más ligero y más fácil de mantener que unos flaps de ranurada doble (a). Pero esta sustentación se habría alcanzado en un ángulo Alfa muy alto y, por lo tanto, en una actitud de morro arriba excesiva. El piloto habría tenido dificultades para ver la pista y la cola correría el riesgo de golpear la pista al aterrizar. 

Suponiendo que el ángulo de ataque de 5° es el máximo aceptable dadas estas razones, podemos ver que un sistema de flaps de ranura simple no funcionaría, nuestro Cl de 1.7 que necesitamos se alcanzaría a unos 8° (b). Aunque el diagrama no describe completamente la situación de un avión concreto, muestra que necesitamos unos flaps de doble ranura para alcanzar un Cl de 1.7 por debajo del ángulo Alfa de 5°. En la práctica, la mayoría de aviones comerciales de última generación tienen flaps de doble ranura generalmente en alguna parte interna del ala y una sola ranura en otra parte del ala. Con esta combinación se alcanza la sustentación necesaria en un ángulo Alfa aceptable. 

Resistencia durante el aterrizaje 

Es importante que la pendiente de aproximación final con ángulo de 3° se pueda volar con suficiente empuje del motor como para que haya margen para frenar el avión o poder descender incluso más rápido si fuera necesario. Esto solo puede hacerse reduciendo aún más el empuje o desplegando los spoilers en parte para que actúen como aerofrenos. Los aerofrenos aumentan la resistencia, por lo tanto, la resistencia no es negativa durante el aterrizaje, hay tipos de aeronaves (Fokker F28 y Avro RJ/BA146) que aterrizan con los aerofrenos desplegados por este motivo. 

En la mayoría de aviones comerciales de nueva generación la configuración de aterrizaje flaps/slats es suficiente, por lo que no se suele necesitar el uso de aerofrenos, el exceso de empuje está presente para permitir que el piloto vuele la aproximación final y aterrice con suficiente margen de empuje como para permitir al piloto una capacidad de ajuste más fina que la que se podrían obtener con los aerofrenos. Una resistencia mayor es positiva para aplicar un ajuste fino en la senda de planeo, pero también es positivo desde otros aspectos, nos referimos a la maniobra de motor y al aire (frustrada). Si no se ven las luces de aterrizaje a la altura mínima (a menudo alrededor de 200 pies para aproximación ILS), se debe abortar el aterrizaje (abortar el aterrizaje también es la acción prescrita para muchos otros tipos de problemas durante el aterrizaje). Cuando se realiza un Go Around (motor y al aire), como también se le llama, los motores deben responder rápidamente con un empuje continuo máximo. Este tiempo de respuesta es menor si no se reduce mucho el empuje durante la aproximación. 

Por lo tanto, una configuración de aterrizaje con bastante resistencia se logra con los flaps extendidos en configuraciones de aterrizaje (completo o cerca del ángulo completo) y cuando el avión vuela a menos de 10 nm con el tren de aterrizaje extendido. En la frustrada, se selecciona el empuje máximo continuo, se seleccionan los flaps apropiados (uno o dos puntos menos, dependiendo del avión o incluso se dejan los flaps en la misma posición, dependiendo del tipo de avión) y se retrae el tren, por lo tanto, eliminamos la resistencia y obtenemos rápidamente más empuje, obtenemos una aceleración positiva del avión y podemos ganar velocidad y altura. Poco después de ganar velocidad y altura, se retraen los flaps y los slats a la configuración de despegue (si no se había hecho ya) o se retraen completamente como se describa en el manual del avión. 

Aterrizaje 

Justo antes de tocar la pista, el piloto reduce la velocidad a la denominada velocidad de referencia Vref, para los aviones como el E-Jet esto es unos 5 kts menos que nuestra velocidad de aproximación final. Vref se define como una velocidad que es 30% más alta que la velocidad de pérdida en la configuración de aterrizaje y es la velocidad de referencia para todas las demás velocidades durante el aterrizaje. Por lo tanto, nuestra velocidad de aproximación final a menudo se da como Vref + XX kts (5 en nuestro caso) en los manuales de los aviones. 

Una vez pasado el umbral de la pista, como también se le llama, los pilotos comienzan la maniobra de recogida (flare) donde gradualmente levanta el morro mientras reducen el empuje para aterrizar con la velocidad mínima. 

Cuando se toca la pista con los dos trenes de aterrizaje principales, los spoilers se despliegan por completo para quitar cualquier sustentación restante, esto se hace para que la aeronave permanezca segura con peso firme sobre sus ruedas y se puedan aplicar más tarde los frenos. Después de haber reducido la velocidad hasta unos límites aceptables se abandona la pista y se rueda hacia la puerta. 

En resumen, hemos descrito el descenso del crucero y nuestra aproximación, además del aterrizaje de nuestro avión. El descenso es lo inverso a la subida con las mismas velocidades que se utilizan por las mismas razones. 

Para el aterrizaje, utilizamos una amplia configuración que proporcione gran sustentación para reducir la velocidad de aterrizaje, esto genera bastante resistencia, pero no nos importa. Necesitamos una cierta cantidad de resistencia para darle al piloto margen para regular su trayectoria de planeo cambiando su empuje, pero también para reducir el tiempo de respuesta de los motores en caso de que tenga que ejecutar una frustrada.