Medidas de las pistas de un aeropuerto

Dimensionado de pistas de despegue y aterrizaje

Contenido

Estudio de longitudes de pista

–Factores que intervienen en las dimensiones de pista
–Distancias de aterrizaje y despegue de la aeronave
–Longitud de campo compensada y velocidad de decisión V1
–Distancias de pista declaradas para un aeropuerto

Clave de referencia de aeródromo
–Longitud de campo de referencia de la aeronave (LCR)
–Número y letra de clave

Altitud o elevación: respecto al AMSL (Above Mean Sea Level)
Altura: respecto al suelo del aeródromo local

La atmósfera ISA sirve para establecer una referencia entre aviones en vuelo de crucero, pero no se utiliza para diseñar aeropuertos. En la realidad elevación y temperatura no se relacionan.

Dos tipos de longitud de pista:

1. Disponible: acorde a la infraestructura –> es un valor fijo
2. Necesaria: la que necesita la aeronave –> cada día se debe comprobar si mi avión va a cumplir con las dimensiones de pista. Dependiendo de la ocupación del avión, del estado de la pista, de su inclinación, …
Si mi avión requiere como máximo 300m para aterrizar en el peor caso y la pista es de 2km, entonces ya está claro que pese a la ocupación, siempre voy a poder aterrizar en esa pista.

Factores que  intervienen en las dimensiones de pista

• •Aeronave determinante: puede ser aquella que operará con mayor frecuencia en la pista, o la más exigente de las aeronaves usuarias. La decisión la tomará la Autoridad Aeronáutica (Aviación Civil en España).
• •Pendiente longitudinal de la pista:favorece o dificulta que la aeronave alcance la velocidad adecuada para iniciar el despegue, o que se detenga a la hora de aterrizar.
• •Altitud del emplazamiento:determina las condiciones estándar de la atmósfera. A mayor elevación del aeropuerto respecto al nivel del mar, mayores longitudes de pista.
• •Temperatura ambiente:a mayor temperatura, menor eficiencia motora y mayores longitudes de pista necesarias.
• •Estado de la superficie de pista:Con pista sucia o mojada mayores longitudes de pista. Con el aterrizaje se frenas menos.

Distancias de aterrizaje y despegue de la aeronave

Cuando una aeronave se certifica como apta para vuelos comerciales, entre otras características operativas se definen la siguientes distancias de aterrizaje y despegue, en condiciones estándar:

3 despegues y 1 aterrizaje

Pista muy grande 5 Km. Pista mediana 2,5 Km y Pista pequeña 1 Km.
−Distancia de aterrizaje de la aeronave
−Distancia de despegue sin fallo motor de la aeronave
−Distancia de despegue con fallo motor de la aeronave
−Distancia de aceleración-parada de la aeronave

La distancia de aterrizaje de una aeronave es la mínima necesaria para detener la aeronave utilizando los métodos de frenado normales habiendo sobrevolado el umbral de pista a una altura de 50 ft (15 m), ésta es la longitud de parada (SL), e incrementándola en un 67% (0.67 = 2/3)

Si mi avión tiene requerimientos de longitud mayores a la longitud de pista disponible (el 60% de la total) entonces no puede aterrizar en aviación comercial. En aviación privada, sí que se puede.

Para despegue en general se necesita más pista que no para el aterrizaje (excepto los Cazas de superioridad aérea)

Para establecer la distancia de despegue de la aeronave, la normativa de certificación exige que se contemplen tres casos:despegue normal, despegue con un solo motor y despegue abortado
•Para cada operación de despegue se define una velocidad de decisión V1, la cual se utiliza como punto límite en el que se debe continuar o abortar el despegue:
−Si se produce el fallo motor antes de alcanzar V1 el despegue debe abortarse, el avión frena y para
−Si se produce el fallo motor a una velocidad superior a V1 debe continuarse con el despegue
•De este modo, se definen las tres distancias siguientes:
−Distancia de despegue sin fallo motor
−Distancia de despegue con fallo motor
−Distancia de aceleración-parada

En Europa necesitamos en aviación comercial siempre mínimo 2 motores y 2 pilotos. En américa se permite en ocasiones vuelo con aviones monomotor.

La distancia de despegue sin fallo motor de una aeronave es la resultante de incrementar un 15%la distancia (L) recorrida en el despegue desde el reposo hasta que el avión se encuentra a 35 ft (10,5 m) sobre el terreno si tiene motores turbina, ó 50 ft (15 m) si tiene motores alternativos.

La distancia de despegue con fallo motor de una aeronave es la distancia necesaria para despegar partiendo del reposo y con todos los motores operativos alcanzar V1, continuando en este punto la aceleración de la aeronave con un motor fuera de servicio hasta elevarse y alcanzar 35 ft ó 50 ft, dependiendo del tipo de motorización.

La distancia aceleración-parada es la distancia recorrida por una aeronave que iniciando desde el reposo el despegue con todos los motores operativos alcanza V1, momento en el que se produce el fallo de un motor, procediendo al frenado, sin utilizar reversa, y parada de la aeronave.

Longitud de campo compensada y velocidad de decisión V1

Las dos últimas distancias dependen del valor de la velocidad de decisión V1, y por tanto no están inequívocamente establecidas:
−Si la V1 aumenta, en caso de fallo motor el tramo restante del despegue con un motor inoperativo es menor y la distancia de despegue disminuye
−Si la V1 aumenta, la posibilidad de fallo motor se retrasa y la frenada se realiza a una velocidad más elevada aumentando la distancia hasta alcanzar de nuevo el reposo.

Cuando se elige una velocidad de decisión V1 tal que la distancia de despegue con fallo motor es igual a la de aceleración parada, se dice que se opera con criterio de pista compensada y tal distancia se denomina longitud de campo compensada.

La elección de la velocidad de decisión V1 está limitada por una serie de condicionantes basados en otras velocidades establecidas en la operación de despegue. Se definen las siguientes velocidades:

• −Velocidad mínima de control Vmcg, es la menor en la que con fallo motor se puede mantener la rodadura rectilínea sin emplear la rueda de morro para guiar al avión (Siempre V1 ≥ Vmcg)
• −Velocidad mínima de control en el aire Vmca, es la menor en la que con fallo motor se puede mantener el vuelo rectilíneo con control completo del avión
• −Velocidad de rotación o de remontada de rueda de morro Vr, es la necesaria para obtener una trayectoria de subida inicial determinada (Vr> V1y Vr≥ 1,05·Vmca)
• −Velocidad de despegue Vlof, es la velocidad a la que el avión despega y viene dada por la Vr establecida
• −Velocidad de seguridad en el despegue V2, es la mínima que debe alcanzarse cuando el avión con motor turbina está a 35 ft o cuando el avión de motor alternativo se encuentra a 50 ft (V2≥ 1,10·Vmca)
• −Velocidad máxima de neumáticos VR, es la mayor que pueden soportar los neumáticos y limita el peso máximo al despegue

Distancias de pista declaradas para un aeropuerto

Analizadas las distancias asociadas a la operación y certificación de aeronaves, es necesario concretar cuales son las necesidades de longitud de pistaque requieren
•En el aterrizaje, caso más elemental y sencillo, es necesario disponer una longitud de pista, distancia de aterrizaje , superior a la carrera de aterrizaje (SL) de la aeronave o longitud necesaria que sobrevuela el umbral a la altura establecida hasta el punto en que se detiene
•En el despegue, se define la carrera de despegue como la distancia entre el origen con V = 0 y el punto en el que el avión alcanza la velocidad de despegue Vlof
•En el despegue para igualar las distancias de despegue de la aeronave hay posibilidad de completar la longitud de la pista con dos zonas auxiliares:

• −Zona de parada (SWY), área rectangular definida en el terreno con superficie adecuada para que puedan detenerse las aeronaves tras un despegue interrumpido
• −Zona libre de obstáculos (CWY), área rectangular preparada sobre tierra o agua y adecuada de manera que una aeronave pueda efectuar parte del despegue inicial

En el puesto de ingeniero aeroportuario que diseño la pista, elijo el avión más crítico que funcionará y con los casos críticos en condiciones estandard, calculo la pista y se construye. Entonces ya puedo declarar las distancias en el AIP.

Una vez que el aeropuerto está acabado, las distancias son fijas excepto que haya algún tipo de remodelación de pista. Es responsabilidad total del piloto/aerolínea decidir si puede o no aterrizar.

En el despegue es necesario disponer de una longitud de pista, recorrido de despegue, que será la mayor de las siguientes longitudes:

• −Para el despegue sin fallo motor es necesario disponer de una longitud de pista igual o mayor a 1,15 veces la longitud horizontal recorrida por la aeronave entre el reposo y un punto equidistante entre la Vlofy la V2, pudiendo completarse con una zona libre de obstáculos (CWY) hasta completar la distancia de despegue sin fallo motor de la aeronave
• −Para el despegue con fallo motor es necesario disponer de una longitud de pista igual o mayor a la longitud horizontal recorrida por la aeronave entre el reposo y un punto equidistante entre la Vlofy la V2, pudiendo completarse con una zona libre de obstáculos (CWY) hasta completar la distancia de despegue con fallo motor de la aeronave

•Para satisfacer los requerimientos en la eventualidad del fallo motor antes de alcanzar la V1se requiere de una distancia aceleración-parada:

• −Para aviones con motores turbina, esta distancia se completaría con una longitud de pista igual al recorrido de despegue anterior más una zona de parada (SWY)
• −Para aviones con motores alternativos, no se permite el uso de zonas de parada (SWY), ni se consideran zonas libres de obstáculos (CWY) con lo que la longitud de pista necesaria alcanzará la distancia aceleración-parada.

Estas distancias de penden de las masas de operación de las aeronaves, de la altitud del aeródromo, de las condiciones meteorológicas y del estado de la pista. Los manuales de operación de la aeronaves incluyen gráficos de longitudes necesarias en función de los parámetros anteriores

Lo que se ha visto hasta ahora eran unas condiciones concretas.
Este gráfico, que esta a continuación, nos va dando la longitud de despegue en función de la altitud para las condiciones ISA para un avión en concreto.
Para otro tipo de condiciones (e.g. BCN suele ser ISA +15) hay  tablas parecidas. Es una herramienta del piloto.

Estas gráficas se encuentran en el manual de vuelo del avión.

No es necesario que la longitud de pista sea igual a la de campo compensado, ya que el recorrido de despegue requerido es menor en condiciones normales. La longitud de campo compensada puede conseguirse añadiendo a la longitud de pista un zona libre de obstáculos (CWY) y una zona de parada (SWY)
•Si no es posible disponer de zona de parada, la longitud de pista será la mayor entre la distancia de aceleración-parada y el recorrido de despegue. En este caso, la distancia de despegue será el recorrido de despegue más la zona libre de obstáculos

Para el despegue no necesitamos que toda la pista sea asfaltada. Para los despegues, podemos tener un 50% de clearway pero sin suelo asfaltado (zona barata). Para las aceleraciones-freno, hacemos un final de pista con un stopway que es una zona pisable pero no perfectamente asfaltada (más barata). Con esto reducimos la zona asfaltada pero no la longitud de pista!!! Para el aterrizaje necesitamos que TODA la pista esté asfaltada.

Si yo meto una zona libre de obstáculos (clearway), entonces la gráfica me baja y necesito menos LDCC.

A una pista le añado una stopway, como tengo más longitud para frenar, puedo augmentar V1 y por otro lado me reduce la longitud de despegue con fallo de motor.
Hay que optimizar la longitud de pista pavimentada.

En la información aeronáutica del AIP (Publicación de Información Aeronáutica) se recogen 4 distancias declaradas para cada sentido de la cada pista del aeropuerto:

• −Recorrido de despegue disponible TORA (take-off run available): Zona pavimentad
• −Distancia de despegue disponible TODA(take-off distance available): TORA +CWY
• −Distancia de aceleración-parada disponible ASDA(accelerate-stop distance available): TORA + SWY
• −Distancia de aterrizaje disponible LDA(landing distance available): Longitud disponible para el aterrizaje.

•Cuando la pista no dispone de zonas de parada ni libres de obstáculos y el umbral no está desplazado, las cuatro distancias coinciden, y son iguales a la longitud de pista.

El piloto al diseñar el vuelo, coge el AIP de los aeropuertos y mira el TODA (aeropuerto de origen) y el LDA (aeropuerto de destino) y debe de ver si cumple o no acordemente con el gráfico de la diapositiva 15. Si le sale que no puede operar allí, debe descargar pasajeros o equipaje (equipaje generalmente antes que pasajeros) y así al descender el peso a lo mejor ya puede operar.

Si la pista tiene zona libre de obstáculos, ésta se incluirá en la TODA
•Si la pista tiene zona de parada, ésta se incluye en la ASDA
•Si tiene umbral desplazado la LDA será la longitud de pista menos la distancia de desplazamiento

ATENCIÓN: Esto se ha dicho solo para un sentido de pista. En la realidad las pistas son de doble sentido. Entre un sentido y el otro, lo que puede variar es la inclinación de la pista (positiva o negativa dependiendo) y también la existencia de CWY/SWY.

En el diseño de las pistas, en ocasiones también hay que tener muy en cuenta factores socioambientales como el ruido, y zonas protegidas…

Clave de referencia de aeródromo

• –Longitud de campo de referencia de la aeronave (LCR)
• –Número y letra de clave

Longitud de campo de referencia de la aeronave (LCR)

La longitud de campo de referencia de la aeronave (LCR)es la mínima longitud de campo necesaria para el despegue bajo las siguientes condiciones estándar:

• •A peso máximo homologado de despegue (MTOW)
• •A nivel del mar (SL –sea level)
• •En atmósfera tipo (ISA –International Standard Atmosphere)
• •Sin viento
• •Con pendiente de pista cero y superficie seca

La LDCC la compararé con la distancia de despegue sin fallo y elegimos. En ocasiones el proveedor de la aeronave ya te da la información sobre el caso más crítico de operación.

El LCR será el valor máximo entre el correspondiente a la distancia de despegue de la aeronave y la longitud de campo compensada

MUY IMPORTANTE:
La LCR es en condiciones estándar, que son:
– MTOW de la aeronave
– Temperatura ISA
– Elevación SL
– Pendiente 0º
– Viento 0
– Pista limpia

Número y letra de clave

La clave de referenciade un aeródromo se compone de un número de clave y de una letra de clave
•El número de clave depende de la longitud de campo de referencia (LCR)de la aeronave determinante.

Un aeródromo puede ser por ejemplo, de categoría 4C. Este dato no sale en el AIP. Es un dato más de diseño que no de operación.

Por tanto, para aeronaves grandes, tendremos un LCR grande y por tanto numero de clave 4.

La letra de clave depende de la envergadura (e)y de la anchura exterior (a) del tren de aterrizaje principal de la aeronave determinante. La letra de  clave servirá para dimensionar las anchuras, los giro.

En un aeropuerto podemos tener una pista en la  que pueda aterrizar un tipo C pero luego no  pueda rodar ni estacionar allí.

Cuando se diseña, también se tiene en cuenta potenciales aviones que puedan existir en un futuro parae vitar posibles incompatibilidades.. A380.

Artículo escrito por la Escola Tècnica Superior d’Enginyeries Industrial i Aeronàutica de Terrassa

Para saber más La pista de aterrizaje en los aeropuertos