Simulación del cálculo de formación de hielo basada en el modelo VOF para salpicaduras de rueda y acumulación de agua en el tren de aterrizaje

Por qué importan las pistas mojadas en invierno

Cada vuelo comercial depende de trenes de aterrizaje robustos para rodar, dirigir y soportar la aeronave durante el despegue y el aterrizaje. En pistas húmedas o con puré de nieve en tiempo frío, las ruedas que giran pueden lanzar láminas de agua hacia los elementos del tren de aterrizaje cercanos. Si esa agua se congela, en principio podría bloquear partes móviles o afectar la retracción del tren, planteando evidentes preocupaciones de seguridad. Este estudio usa simulaciones por ordenador para plantear una pregunta muy práctica: en condiciones realistas de peor caso, ¿puede el agua lanzada por las ruedas acumular suficiente hielo en el tren de aterrizaje como para amenazar la seguridad del vuelo?

De charcos a salpicaduras y a recubrimientos congelados

Los autores comienzan describiendo cómo se acumula el agua en las pistas. Durante la lluvia o el deshielo, el agua puede formar una película delgada sobre la superficie o reunirse en charcos poco profundos donde el pavimento está ligeramente desigual. Cuando una aeronave rueda preparándose para despegar a través de esta agua, sus ruedas actúan como palas que giran rápidamente, arrojando gotas al aire. Investigaciones previas trataron esto mayormente como una interacción simple entre la rueda y el agua, pero en realidad el flujo de aire alrededor de la aeronave también desvía y frena estas gotas. Debido a que los ensayos a gran escala con aviones reales son extremadamente caros y difíciles de medir con precisión, el equipo recurre a simulaciones detalladas de fluidos para rastrear lo que ocurre desde la superficie de la pista hasta el tren de aterrizaje.

Construyendo un túnel de viento digital para agua y hielo

Para recrear este proceso en un ordenador, los investigadores construyen un modelo tridimensional que incluye la pista, una rueda giratoria y un puntal de tren de aterrizaje simplificado. Utilizan un método llamado Volumen de Fluido (VOF), que sigue cómo el agua y el aire comparten cada pequeña celda del espacio simulado, permitiendo que el ordenador rastree las salpicaduras, la expansión y la fusión de películas de agua sobre las superficies metálicas. Una técnica especial de «malla deslizante» permite que la rueda gire rápidamente a través del fluido estacionario mientras mantiene el intercambio de información con el aire y el agua circundantes. El equipo calibra este enfoque reproduciendo un experimento separado en el que un disco giratorio arroja una fina capa de aceite; su simulación captura los patrones observados, lo que da confianza de que también puede representar el agua lanzada por ruedas de aeronaves.

Convertir capas finas de agua en posible hielo

Una vez que conocen qué espesor alcanzan las películas de agua en distintas partes del tren de aterrizaje, los autores cuestionan cuánto de esa agua podría congelarse en aire frío. Consideran el despegue en una pista cubierta de agua para un avión comercial típico, usando elecciones conservadoras: profundidades de agua en suelo relativamente altas hasta el límite reglamentario, temperaturas ambientales bajas y un rodaje completo de 12 segundos. Un modelo simple de balance térmico estima entonces con qué rapidez se puede extraer calor del agua a través de la pared metálica hacia el aire circundante. De forma importante, asumen que toda la refrigeración disponible se destina a la congelación, no solo al enfriamiento del agua. También ignoran el escurrimiento del agua, la congelación parcial o el deshielo —suposiciones que llevan los resultados hacia una sobreestimación del espesor del hielo en lugar de una subestimación.

Dónde se acumulan realmente el agua y el hielo

Las simulaciones revelan que el agua lanzada por las ruedas no recubre todo el tren de aterrizaje de forma uniforme. En cambio, se concentra en la mitad inferior del puntal principal, especialmente cerca de esquinas, soportes y pequeñas hendiduras donde el agua en flujo tiende a reducir la velocidad y acumularse. Allí, la película de agua puede volverse temporalmente más gruesa antes de que el flujo de aire arranque parte de ella, produciendo un patrón puntiagudo y variable en el tiempo. Incluso en los casos con más agua, la capa de hielo resultante es siempre más delgada que la película líquida que la originó, lo que muestra que no toda el agua capturada tiene tiempo para congelarse. Cuando el equipo acumula la contribución de cada instante de los 12 segundos de rodaje —usando de nuevo sus suposiciones deliberadamente pesimistas— encuentran que el hielo permanece como un recubrimiento localizado, en lugar de una carcasa sólida alrededor de todo el tren.

Qué significa esto para la seguridad de vuelo

Para reguladores y diseñadores de aeronaves, el resultado clave no es la forma exacta de cada gota sino el espesor máximo de hielo que podría formarse de forma realista. El estudio encuentra que, incluso bajo frío severo y películas de agua profundas, el hielo resultante en partes críticas del tren es delgado —del orden de unos pocos milímetros como máximo, y típicamente mucho menor. La estimación totalmente conservadora de los autores sigue por debajo de niveles que se esperarían que bloqueasen mecanismos o pusieran en peligro la operación del tren; en la práctica, el espesor real del hielo probablemente sea significativamente menor. En términos sencillos, su trabajo sugiere que para los aviones comerciales modernos que operan dentro de los límites existentes de profundidad de agua en pista, la salpicadura generada por las ruedas durante el despegue en tiempo helado es, por sí sola, poco probable que acumule suficiente hielo en el tren de aterrizaje como para comprometer la retracción o la extensión segura.

Cita: Dai, J., Zhang, L., Chen, Q. et al. Simulation of icing calculation based on VOF model for wheel spray and landing gear water accumulation. Sci Rep 16, 12174 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42513-z

Palabras clave: hielo en aeronaves, tren de aterrizaje, pista mojada, salpicadura de rueda, seguridad de vuelo