Aumentar o número de rodas com freios diminuirá a distância de frenagem, pois há mais fontes de atrito para converter a energia cinética. Dobrar o número de rodas por freio (acho que o que você está perguntando na segunda parte da questão) não diminuiria automaticamente a distância de frenagem, pois os freios são limitados a absorver uma certa quantidade de energia, mas você poderia colocar uma freio em um par de rodas do que uma única roda do mesmo tamanho que há mais aderência.

Na realidade, isso não seria feito porque não é necessário, o comprimento da pista é determinado tanto pelo comprimento de decolagem quanto pela distância de frenagem, você poderia reduzir pela metade a distância de frenagem de todos os aviões e você não conseguiria reduzir o comprimento da pista.

Normalmente, um pequeno ganho é obtido.

Os aviões maiores usam tecnologia antiderrapante. Anti-derrapante funciona modulando a pressão dos freios para garantir que os pneus nunca derrape. É importante entender a relação entre a carga de um pneu, a pressão do freio e a força real de retardamento. Primeiro, olhe para esta imagem:

Ele mostra como quando você aumenta a pressão e a roda começa a escorregar um pouco (girando a uma taxa um pouco mais lenta do que quando rolando livremente), o coeficiente de atrito aumenta acentuadamente. Então, após o escorregamento de 10%, o coeficiente de pico é atingido e, assim, a força de retardo diminui. Anti-skid tem como objetivo manter o raitio o mais próximo de 10% do possivel. Portanto, a força de retardo é maximizada.

Os freios de aviões são strongs o suficiente para bloquear completamente os pneus, mas isso é prejudicial (resulta em 100% de derrapagem, então talvez 20% de perda de força de retardamento). Assim, eles podem e mantêm o deslizamento ideal, usando, portanto, toda a 'pegada' disponível.

Agora, o que acontece com essa imagem se você adicionar rodas?

• Se a roda adicionada não estiver freada (como as rodas do nariz), então você perde a frenagem . Com efeito, as rodas travadas terão uma carga vertical reduzida, pelo que fornecerão menos força de retardamento. É completamente inútil.
• Se adicionarmos rodas com freio, vemos o menor ganho. Vamos ver porque.

Primeiro, olhe para esta foto da sensibilidade da carga do pneu (esta mostra a força lateral nas curvas, mas a força longitudinal durante a frenagem exibe as mesmas características):

O que é importante notar é que, quando um pneu fica mais carregado, sua capacidade de gerar atrito diminui.

Agora para um jumbo: quando 20 rodas compartilham 500 toneladas de carga, cada pneu vê 25 toneladas. com um coeficiente de fricção padrão de 0,8, cada pneu gera 20t de força de retardamento, portanto, um total de 400t de força de retardamento.

Vamos adicionar duas rodas lá. Agora cada roda vê 22.7t de carga. Seu coeficiente de atrito poderia agora subir para 0,82, fornecendo, portanto, 18,6 t, para um total de 410 toneladas. Certamente longe do 40t que poderia ser ingenuamente esperado de adicionar 2 rodas freadas! Apenas a sensibilidade da carga nos garante um ganho.

Em seguida, ele se torna o jogo usual de trade-offs. Quanto de massa é gasta em trem de pouso e rodas maiores e freios adicionais, em comparação com o ganho de frenagem mais strong (e, portanto, pernas de trem de pouso mais strongs?)

1. Instale pneus melhores nas rodas com travões
2. Freie as rodas principais não-travadas
3. Faça algumas alterações inteligentes no aero para aumentar a força aerodinâmica aerodinâmica & arrastar
4. Adicione as rodas com freio (e prepare-se para abrigá-las no corpo principal ... boa sorte!)
5. Freie as rodas do nariz (mas isso seria terrivelmente difícil porque nunca foi projetado para isso)

Aqui está algo sobre Physics.SE que você pode achar interessante.

É tudo sobre a força e a massa, não a área de contato.

Mais rodas, mesmos freios = sem alteração

A adição de mais rodas, mas manter o mesmo número de freios, teria um efeito insignificante na distância de parada, já que a força total passando pelas rodas e freios seria a mesma e a massa mudando em pequena escala.

Haverá mais rodas, mas cada uma terá uma carga menor, de modo que não haverá atrito adicional entre as rodas e o solo. Há talvez algumas forças adicionais dos rolamentos extras e alguma massa extra das rodas, mas isso seria insignificante em termos de distância de parada.

Há o mesmo número de freios, então eles estão fornecendo a mesma força, então eles não fazem diferença.

As mesmas rodas, mais freios = menor distância (possivelmente)

Se adicionarmos freios extras a cada roda (ou freios maiores) que nos permite aplicar mais força aos discos, teremos mais força de frenagem e, portanto, a aeronave parará em uma distância menor.

Existem alguns problemas com isso:

• Calor - freios geram muito calor que precisa ser dissipado, freios mais / maiores irão gerar mais calor. Se os freios ficarem muito quentes, eles falharão e você não poderá parar a tempo.
• Limites estruturais - colocar mais força na estrutura pode causar falhas que podem ser catastróficas.
• Rodas - exercem muita força / calor através das rodas e podem também falhar. Isso talvez estourando se o calor / forças forem muito ou simplesmente derraparem se muita força for aplicada muito rápido. Existem sistemas semelhantes ao ABS em carros para aeronaves que podem ajudar com isso (Graças a Michael pelo link) .

Mais rodas, mais freios = menor distância

A adição de mais rodas com mais freios resolve os principais problemas com o cenário “mesmas rodas, mais freios”.

Por que os fabricantes de aeronaves não fazem isso? Bem, todas as rodas e freios adicionais são de massa e são caros de transportar desnecessariamente.

É uma compensação, como quase tudo que envolve o design de aeronaves.

Mais rodas + mais freios significam uma distância de parada mais curta. Mas ...

Mais rodas significam mais peso, um pouco mais, para acomodar o trem de pouso extra, engrenagem extra de retração / extensão, armazenamento extra enquanto retraído, manutenção extra para todo aquele material extra, etc ... que significa menos clientes pagantes e custos operacionais mais elevados. Isso também significa mais coisas que podem dar errado.

Mais frenagem significa mais cargas sujeitas ao cliente pagante. Lembro-me de estar em um C130 quando os pilotos praticavam seu pouso em campo curto: adereços reversos completos pouco antes do pouso, frenagem total. Nós batemos (e eu quero dizer HIT) a pista com um barulho muito alto, então fomos atingidos quando o avião chegou a uma parada muito rápida. Foi ... dramático ... divertido quando você tem vinte e poucos anos em treinamento militar, mas não tenho certeza se os clientes pagantes gostariam disso.

Como outros já mencionaram, a limitação também é a distância de decolagem. Não faz muito bem ser capaz de parar em 500 pés, se a distância de decolagem é de 2000 pés. Ainda precisas de uma longa pista se quiseres sair do aeroporto.

A única possibilidade seria a segurança no caso de uma emergência, mas o número de acidentes com aeronaves que poderiam ter sido evitados com mais rodas para frear é extremamente pequeno.

Os freios de avião atuais são projetados para atender aos requisitos, permanecendo o mais leve e confiável possível.

Absolutamente, com um design adequado, mais rodas e mais freios farão com que você tenha uma distância de parada mais curta.

No entanto, há muito mais no design do trem de pouso e do sistema de freios do que você imagina. A distância de frenagem e a força são apenas um fator considerado como parte desse design e são mais ou menos fixos para um determinado estilo de aeronave, uma vez que os comprimentos das pistas são definidos pela decolagem mais do que pelo pouso.

Outros fatores que são equilibrados para alcançar isso, obviamente incluem peso, espaço perdido para guardar o trem de pouso, custo de fabricação, custo de manutenção, confiabilidade e, principalmente, dissipação de calor. Parar um jato de corpo largo gera MUITO calor nos freios que precisam ser dissipados rapidamente para evitar superaquecimento e incêndio.

Rodas duplas podem, com freios mais strongs, fazer com que você tenha mais frenagem, mas agora você também tem que ter uma carroceria e fuselagem mais strongs para absorver essa força de frenagem e, novamente, um compartimento de roda maior.

O quanto você quer frear também é ditado pelo conforto do passageiro. Freie muito e você está aberto a ferimentos e ações judiciais.

Esse é um conjunto complexo de requisitos conflitantes. Adicionar mais rodas e freios facilitaria a parada, mas a um custo significativo.

Não, e é por causa de como os pneus funcionam.

Os limites são a capacidade de aderência e frenagem dos pneus. Este último não é o fator limitante - a adesão é.

A adesão é aproximadamente proporcional ao peso no pneu. Especificamente, entre em contato área de remendo (sq.in.) x peso por polegada quadrada, mas você percebe polegadas quadradas fatoram fora , deixando apenas peso em pneus. É mais complicado do que isso, esta é a versão da escola preparatória, e é algum ajuste a ser feito - mas já foi feito. E isso não ajuda muito .

Pegue meu carro (por favor). Tem 600 libras em um pneu dianteiro. Qual é o tamanho do patch de contato? Isso é realmente fácil: a pressão dos pneus é de 30 PSI. 600lb dividido por 30 lb / sq.in. = 20 sq.in. Pressão de contato é, você adivinhou, 30 libras por polegada quadrada.

O que acontece se eu reduzir a pressão dos meus pneus para 20 PSI? OK, agora 600/20 = 30 polegadas quadradas de área de patch. Com área de contato de 20 PSI.

Qual freio melhor? Está bem perto de uma lavagem. 30x20 ~ = 20x30 = ~ 600.

E se eu adicionar lastro de chumbo ao meu front end? Agora meu peso é de 750 libras / pneu (25% a mais). SIM! Eu recebo 25% melhor adesão e, portanto, poder de frenagem. Exceto que agora tenho 25% a mais de massa para parar! Por isso, não diminui mais rapidamente.

OK, então você pega um 747 e substitui seus bogeys de 4 rodas com bogeys mágicos de 6 rodas que pesam o mesmo. 50% mais rodas, certo? 50% mais área de contato, certo? Não. Pense em como a área de contato é determinada. Mesma pressão de pneu, mas cada pneu está carregando 2/3 do peso como antes, então o patch de contato é 2/3 do tamanho. Você acaba com exatamente o mesmo patch de contato (em polegadas quadradas) e exatamente o mesmo peso por polegada quadrada que você tinha com os bogeys de 4 rodas.

De qualquer forma, se você quiser aumentar o patch de contato em 50%, você reduz a pressão do pneu em 33%. Mas, assim como o meu carro, isso também não ajudaria.

Todos esses fatores são eliminados (aproximadamente). O fator dominante na adesão é o peso em bogeys .

Se houvesse uma maneira de aumentar o peso nas rodas sem aumentar a massa do veículo .

Existe a resposta. É uma superfície de sustentação aerodinâmica que empurra os pneus para baixo. esses carros vão rápido o suficiente para que o Marlboro seja aerodinamicamente eficaz. Isso funciona. O peso sobre os pneus é aumentado para que a adesão aumente proporcionalmente. A massa do veículo não é aumentada, o que resulta em melhor desempenho.

Faça a mesma coisa em um avião. Invente uma maneira de prender uma asa grande de algum tipo diretamente sobre a engrenagem principal. E configure-o para gerar downforce.

Não sei como fazer isso, no entanto. Talvez isto? ;-)