De ce nu vedem niciodată motoare turboventilatoare cu bypass înalt utilizate în avioane comerciale mari și
Vorbesc despre așa ceva (acesta este avionul fictiv al Casino Royale) și nu două (sau mai multe) motoare pe aripă în nacele individuale:
Dacă ignorăm ciudatele „rezervoare de cădere” de pe stâlpii externi, ce face acest design inferior celui cu nacele individuale? Mă pot gândi la unele argumente pro și contra extrem de speculative pentru ambele machete:
Avantajele gondolelor comune:
- Nacela și stâlpul obișnuit pot însemna mai puțină zonă frontală și umedă pentru fiecare motor, ceea ce ar putea reduce rezistența globală.
- În ansamblu, această schemă pare să permită „centrul de împingere” pentru toate motoarele unei aripi să fie mai aproape de linia centrală a aeronavei. Pe unele modele, cum ar fi A380, care necesită o aripă verticală masivă pentru a menține autoritatea de fală într-o situație fără motor, reducerea dimensiunii aripioarei verticale poate economisi greutate și trage.
Dezavantaje pentru gondolele comune:
- Evident, există un risc crescut ca o defecțiune a motorului care nu este inclusă, cum ar fi cea a unui A380 de acum câțiva ani, poate duce la defecțiuni în cascadă în „vecinul” său. Nu sunt sigur cum să cuantific acest risc, dar pare semnificativ.
- În plus, o defecțiune structurală a unui pilon/nacelă (extrem de rară, dar de fapt apare IIRC) afectează două motoare în loc de unul.
- Întreținerea va fi probabil mai dificilă, deoarece va trebui să aveți de-a face cu două motoare pentru a obține unul.
- M-aș aștepta ca, din cauza cerințelor structurale de susținere a două motoare pe un pilon, probabil să nu economisiți multă greutate și să aveți de fapt un avion mai greu atunci când toate celelalte lucruri sunt la fel.
- Poate că ați pierde o anumită eficiență în interacțiunea dintre gazele de eșapament de la ambele motoare într-o nacelă?
- S-ar putea dovedi că nu puteți pune două turboventile mari, cu bypass ridicat într-o nacelă, fără a alege între probleme de separare a debitului și o zonă frontală mult crescută.
Cu toate acestea, toate acestea sunt speculații laice. Din punctul de vedere al unui inginer, alegerea unui aspect este evidentă pentru celălalt? De ce sau de ce nu?
răspuns
Răspuns scurt
Condițiile de flux foarte diferite, de la statice la croaziere, necesită amplasarea separată a motoarelor cu un raport de bypass ridicat. Ar crea mai puțină forță și mai multă tracțiune atunci când sunt asociate.
De ce erau deloc motoare asociate?
La primele avioane, motoarele erau montate direct sub sau în aripă, iar comparațiile între motoarele montate separat și cele duble au arătat un ușor avantaj pentru acesta din urmă, datorită suprafeței umede mai mici și a impactului mai redus pe aripă.
Arado a construit două prototipuri cu patru motoare ale jetului său Ar-234, unul cu motoare separate (V6, vezi direct mai jos) și unul cu motoare asociate (V8, mai jos). V8 a devenit prototipul versiunii C a Ar-234.
Cu toate acestea, pe măsură ce fluxul de aer de la motoarele cu un raport de bypass ridicat crește, asocierea devine dezavantajoasă datorită interferenței dintre cele două. În timpul conducerii, doar conducta centrală de alimentare care curge către motor este preluată, iar restul este vărsat peste buza de aspirație. Plasarea unui al doilea motor chiar lângă primul va bloca fluxul de aer pe acea parte și va crește fluxul de aer pe partea opusă. Acest lucru va duce cel mai probabil la o separare masivă acolo dacă aportul nu este modificat în mod semnificativ, ceea ce va duce la o creștere notabilă a rezistenței. În plus, debitul acum asimetric din orificiul de admisie ar reduce eficiența ventilatorului - în motoarele actuale necesită un debit foarte omogen pe întreaga secțiune transversală.
Dimpotrivă, la turație mică, motorul va aspira aer de pretutindeni și va face față concurenței unui al doilea motor, astfel încât ambii nu vor fi capabili să preia la fel de mult aer ca și cum ar fi montați separat. Rezultatul asocierii ar fi reducerea forței în timpul decolării.
Dezavantajul inițial al motoarelor separate, efectul lor colectiv asupra aerodinamicii aripilor, este acum redus semnificativ prin montarea lor pe piloni, astfel încât să fie în fața și sub aripă.
După cum ați descoperit, o mare parte din aceasta este probabil legată de întreținere. În prezent, motoarele sunt în general scoase direct din pilon. Dacă ar fi împerecheați pe un stâlp, ar trebui fie să fie îndepărtați împreună (ceea ce îi face în esență pe jumătate mai fiabili), fie să fie atașați în alt mod.
Cu motoarele cu reacție moderne, are sens cel mai mare avion cu 4 motoare, deoarece avioanele bimotoare sunt mai eficiente. Aceasta înseamnă că avioane precum 747 și A380 ar fi candidați la acest design. Este de fapt un avantaj structural să ai un motor mai departe pe aripă. În timpul zborului, greutatea motorului ajută la reducerea momentului de încovoiere pe aripă. După cum ați văzut, acest lucru face dificilă controlul defecțiunilor motorului. Amplasarea a două motoare pe o singură aripă este un compromis între structură și controlul defecțiunilor motorului.
Acest lucru ar afecta și puterea de care are nevoie aeronava. Avioanele bimotor trebuie să aibă suficientă putere pentru a decola dacă un motor defectează după V1. Aceasta înseamnă că trebuie să începeți cu 50% putere. Avioanele cu patru motoare trebuie să îndeplinească aceleași cerințe, dar acest lucru înseamnă că trebuie să continue o decolare la o putere de 75%. Cu toate acestea, prin asocierea motoarelor, este mult mai probabil ca o defecțiune într-una să o afecteze pe cealaltă. Aceasta înseamnă că este posibil ca avionul să zboare la o putere de 50%, ceea ce face ca avionul să fie și mai puțin eficient.
O altă problemă potențială este împingerea inversă. În prezent, motoarele pot folosi locuri în jurul perimetrului gondolei pentru a expulza acest aer. Dacă motoarele ar fi combinate, fiecare ar avea doar o parte din circumferință, deci acest lucru ar putea crea probleme de curgere.
Cazurile motoarelor defecte sau ale inversoarelor de tracțiune ar aplica cuplu pe pilon și ar necesita greutate suplimentară pentru rezistență.
Combinația sistemelor motorizate ar putea aduce unele beneficii, dar ar reduce redundanța.
Acest lucru ar reduce aria exterioară a nacelei, dar ar crește zona frontală. Dacă luați în considerare două motoare cu diametrul de 120 inci care sunt combinate printr-o conexiune dreaptă în partea de sus și de jos, reduceți circumferința de la 750 "la 615", dar măriți zona frontală de la 22600 în ^ 2 la 25700 în ^ 2. Dacă Dacă aduceți profilul între motoare (ca în fotografia de mai sus), zona din față este redusă, dar și circumferința este mărită.
Pentru ca un motor să fie eficient din punct de vedere al conducerii, „un debit mare trebuie deplasat cu aceeași energie”. Adică, ventilatorul mai mare este posibil pentru un anumit nucleu. Din punct de vedere al propulsiei, acest design este mai puțin eficient decât configurația de tip A380. Mai multe informații despre eficiența unității pot fi găsite aici .
Nu se economisește prea mult în zona udată, dar va exista o anumită interferență între cele două motoare în reducerea emisiilor, pe lângă eficiență. Conexiunea dintre cele două motoare creează, de asemenea, un strat limită în creștere, ceea ce face conexiunea mai lentă. Nu pot cuantifica tragerea totală, dar nu realizez că economiile de tragere atunci când suprafața este umedă vor compensa sau nu creșterea integrării vâscoase (stratului limită).
Un motor este practic o mașină de aspirație care încearcă să absoarbă fluxul din jurul motorului. Acest lucru este mai puțin îngrijorător la croazieră, dar la decolare ambele motoare concurează pentru aer, ceea ce le face să producă o tracțiune mai mică. Pornirea unei defecțiuni critice a motorului este de obicei o condiție de dimensionare pentru dimensiunea motorului. Prin urmare, avem o eficiență mai mică în cele mai critice condiții. Din perspectiva aeronavei globale, acest lucru face ca motorul să fie mai supradimensionat.
Punctul tău despre aripa verticală este corect.
În ceea ce privește riscul unei defecțiuni necontrolate a motorului, motoarele sunt de obicei proiectate pentru a evita această situație. Îmi place acest videoclip despre test.
În ceea ce privește structura, rețineți că, în caz de defecțiune a motorului, trebuie să luați în considerare momentul în care un motor este funcțional și celălalt nu. Deci, este foarte probabil ca stâlpul să fie mai greu decât 2 stâlpi (deși mai puțin trageți).
De asemenea, această configurație nu are sens și este de obicei mai ieftină pentru a adăuga un rezervor de decupare decât pentru a utiliza rezervoare de combustibil externe.
Ca un exemplu al motoarelor de compromis care nu fac afaceri cu adevărat uitându-se doar la toate avioanele cu aripi mixte, toate au motoarele separate în partea superioară a avionului între ele (cum ar fi X48).
De regulă aș spune „mai puține motoare cât mai mari posibil”.
Unirea motoarelor a fost încercată în zilele trecute cu avioane turbo drepte - Iluyshin Il-62 și Vickers VC-10 au folosit această configurație, la fel ca Lockheed JetStar Business Jet; Acest lucru s-a întâmplat din cauza performanței slabe de tracțiune a turboreactoarelor anterioare. Turbo-ventilatoarele moderne oferă suficientă tracțiune încât să nu fie nevoie să cuplați motoarele. De fapt, a fost făcută o propunere către USAF de a înlocui turboreactoarele împerecheate pe catargele motorului B-52 cu turboventile individuale RB-211 (transformând astfel un bombardier cu opt turbo-jet într-un bombardier cu patru turbo-ventilatoare). Acest lucru a fost refuzat din cauza costurilor inițiale; Cu toate acestea, economiile de combustibil ar fi fost semnificative datorită abilității de a utiliza jumătate din numărul de motoare și economiei de combustibil specifice îmbunătățite a turboventilatoarelor.
O altă problemă cu motoarele asociate pe un pilon este siguranța - LOT 5055 a demonstrat tragic acest lucru atunci când unul dintre turboventilele sale Soloviev D-30 a suferit o defecțiune necontrolată care a provocat un incendiu al motorului și daune grave celuilalt motor de pe acea parte. Dacă Il-62 ar fi folosit un aspect mai tradițional, un astfel de incident ar fi fost mult mai puțin o problemă, deoarece modelul de incendiu și avarie ar fi fost mult mai strâns.
Câteva din ceea ce am citit despre „Discuția despre convertirea” B-52 are mai puțin de-a face cu trecerea la motoare mai moderne (economie de combustibil mai bună, disponibilitatea pieselor de schimb etc.) și mai multe despre efectele „autorității cârmei”.
Dacă BUFF ar trece de la 8 la 4 motoare, efectele pierderii motoarelor 1/4 sau 2/4 pe aceeași parte ar însemna că actualul timon B-52 și stabilizatorul orizontal ar putea să nu fie suficiente pentru a menține aeronava în siguranță pentru a ateriza o situație a motorului 3/4 sau 2/4. Înlocuirea a opt motoare cu patru poate necesita o revizie extinsă (costisitoare) a cârmei și a stabilizatorului vertical.
Când asociați astfel de motoare, este mai probabil ca defecțiunea unui motor să se răspândească la celălalt. Așa s-a întâmplat cu F-18, de exemplu, în cazul în care un motor a avut o defecțiune necontrolată, ceea ce a dus la distrugerea părții motorului (cred că a fost palele turbinei).
Dacă aveți motoare cu palete, răspândirea aripilor va reduce momentele de îndoire ale aripilor, care tinde să scadă greutatea aripilor.