Domanda:
Quali sarebbero gli svantaggi dell'utilizzo di un motore rotante come invertitore di spinta sugli aerei di linea?
securitydude5
2017-09-07 16:57:33 UTC
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Quali sono gli svantaggi di avere motori montati su un aereo in modo tale che la loro direzione possa essere controllata idraulicamente per ottenere le migliori prestazioni ed efficienza? L'idea sarebbe quella di ruotare il motore di 180 gradi all'atterraggio in modo che possa funzionare come un invertitore di spinta, anche su jumbo come l'Airbus A380 e il Boeing 747. Sarebbe un vero potere di inversione di spinta.

Sì, in linea di principio. Ma come gestisci ciò che accade durante la transizione? O si ruota orizzontalmente e si creano enormi forze laterali, oppure si ruota verticalmente e si aspira tutto lo sporco dalla pista durante la transizione.
Sarebbe una potenza seria: potenza praticamente sufficiente per sostenere il volo * all'indietro *, che è molto più potenza di quella necessaria. Si chiama *** over-engineering ***. Gli attuali invertitori di spinta sono affidabili, piccoli, leggeri, reattivi e non fanno più del necessario.
O l'intero aereo, come i pattinatori sul ghiaccio in uno spettacolo.
Oh ragazzo ... problemi di momento angolare, ingestione di FOD, eccessiva complessità, mancanza di spazio, peso extra, tempo di risposta lento ... senza contare che tutti i collegamenti esterni (attualmente) fissi al motore (carburante, elettricità, controlli , ecc.) ora dovrebbe essere risolto e spostato: il problema di manutenzione solo per questo è degno di nota. È un'idea terribile in quasi tutti gli aspetti.
Oltre a tutti gli altri problemi che le persone stanno nominando, mi chiedo il rischio di stallo del compressore. I motori sarebbero in grado di mantenere i rapporti di pressione di lavoro quando girati all'indietro? Naturalmente, anche i normali invertitori di spinta possono produrre stalli del compressore.
A parte tutti i dettagli tecnici nella risposta e nei commenti, puoi abbandonare questa idea a causa di un solo problema: comunque provi a ruotare il motore, quando è mezzo ruotato sta effettivamente volando con un vento trasversale di 140 nodi (e questo è un numero minimo - la velocità dell'aereo potrebbe essere più alta.) Confrontalo con il vento trasversale massimo consentito per un decollo di 737-800 su una pista bagnata, che è di soli 27 nodi - e ignorare tale limite è molto probabile che esegua uno "smontaggio molto rapido operazione "sui motori!
Immagine mentale: vuoi _davvero_ avere la piena spinta di tutti i motori * estraendo le ali dell'aereo *, * guidandole nelle loro radici *, o * tirando le ali __ verso il suolo * durante l'oscillazione del motore avanti-indietro, specialmente a ** atterraggio **?
il tuo titolo chiede degli aerei di linea, ma il corpo menziona gli aerei. che cosa ti interessa esattamente?
I freni delle ruote più grandi sono più economici, più sicuri e più leggeri :)
@Koyovis Mi piacerebbe ** adorare ** vedere una pratica di atterraggio standard come quella.
Otto risposte:
MSalters
2017-09-07 20:43:17 UTC
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Non mi preoccuperei troppo della massa del motore. In realtà non è il problema più grande. Invece, sarei molto più spaventato dallo slancio angolare . Quella turbina ha un grande momento di inerzia e anche una velocità angolare più elevata. Per capovolgerla, devi invertire la velocità angolare. Essenzialmente sta girando un giroscopio, ma questo è un giroscopio che pesa diverse tonnellate.

Esattamente quello che stavo pensando. Togli la gomma anteriore dalla bici e tieni l'asse tra le mani (potrebbero essere necessari estensori per farlo correttamente). Ruotalo sottosopra. Abbastanza semplice. Ora chiedi a qualcuno di farlo girare e fare lo stesso (al massimo 100 RPM). Noterai che non è così facile. Non riesco a immaginare lo slancio su una turbina a getto che ruota a 10.000 giri / min
Se provi a capovolgere un giroscopio a mezz'aria, il giroscopio proverà a capovolgerti. Ecco come ruotano le astronavi.
Eppure questo è esattamente ciò che fa il V-22.
@Koyovis Sì, rotazione di 90 gradi in 12 secondi per un propulsore di un decimo delle dimensioni di un RB-211 di un 747. Saresti fuori pista prima che si girassero per la spinta inversa e nel pascolo delle mucche se mai avessi bisogno di andare in giro.
** Risolvibile con un buon design **: 1) propulsore laterale, simile a un invertitore di spinta, per contrastarlo. 2) Coppie di motori controrotano, stile A400M, che si annullano a vicenda, sì, sono consapevole che solo le eliche ruotano in senso contrario, non il nucleo del motore, ma mantengo quel pensiero: 3) parti di ciascun motore ruotano in senso contrario l'una contro l'altra , annullandolo all'interno del motore; per esempio. bobine di rotazione opposte o ventola o elica orientata per ruotare di fronte alle bobine (metà dei motori A400).
Bene, controrotante o meno, la quantità di coppia richiesta per ruotare una turbina in funzione è eccessiva e la forza che devi fornire da qualsiasi punto fisso (anche se questo è bilanciato da un'altra rotazione) significa la struttura che costruisci attorno a questo punto fisso deve essere estremamente resistente. I cuscinetti e l'asse probabilmente renderanno il "rotatore" più grande della casa della turbina ...
@Harper Un carico di ingegneria imbullonato su un cattivo design non lo rende un buon progetto.
Daniel K
2017-09-07 17:22:41 UTC
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Il primo svantaggio sarà la velocità di risposta. Il motore è grande e pesante, quindi non sarai in grado di girare il tutto in un decimo di secondo. Realisticamente, ci vorranno pochi secondi per farlo girare. Un invertitore di spinta tradizionale muove solo una massa molto piccola (piccoli flap, ecc.), Quindi può reagire molto più rapidamente.

Il secondo inconveniente sarà il peso. Qualsiasi tipo di sistema di rotazione diventerà molto pesante. Volerai migliaia di sterline che vengono utilizzate solo per pochi secondi durante l'intero volo.

Terzo sarà l'affidabilità / sicurezza. Cosa succederebbe se il tuo motore girasse quando non lo volevi? Per esempio. cosa succede se il sistema di rotazione si guasta e fai girare un motore durante il decollo? Ovviamente sarebbe un male. È necessario progettare il sistema in modo tale che la probabilità di un'inversione accidentale sia essenzialmente zero. È possibile, ma genererà molti costi nel sistema.

Koyovis
2017-09-07 18:24:24 UTC
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Ci saranno solo inconvenienti e alcuni piccoli problemi pratici come il flusso d'aria nel motore quando l'ingresso è rivolto all'indietro e siamo appena atterrati a 150 nodi.

Gli attuali invertitori di spinta raggiungono circa il 50-60% della spinta inversa e il sistema pesa tra il 15 e il 20% del peso a secco del motore. Sono molto utili su piste bagnate e ghiacciate, ma devono essere trasportati in giro per il mondo per le poche volte in cui fanno la differenza.

In effetti c'è stato un rapporto della NASA intitolato Why Do Airlines Want e Use Thrust Reversers? affermando tutti gli inconvenienti di cui sopra, menzionando che il risparmio sui freni è inferiore al costo degli invertitori di spinta ed esplorando quali alternative le compagnie aeree vorrebbero. L'interesse principale era l'uso di ventilatori a passo variabile, in modo che il ventilatore possa generare la spinta inversa come fanno le eliche. Pesa anche meno di un classico invertitore di spinta.


Aggiorna

Un articolo del 1972 di Flight Magazine sulla variabile sviluppo ventola intubata a passo. In realtà ha funzionato: potrebbe produrre una spinta inversa dalla regolazione del passo delle pale della ventola. Un design funzionante collaudato, sempre un'opzione migliore!

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Sembra che una ventola a passo variabile abbia molti problemi diversi, principalmente legati all'effetto sul flusso d'aria ai componenti a valle, come il compressore a bassa pressione. Il flusso d'aria attraverso il nucleo deve rimanere senza ostacoli affinché il nucleo continui a funzionare. Sembra un'impennata del compressore in attesa di verificarsi. Inoltre, le lame non colpirebbero le lame adiacenti mentre ruotavano a passo negativo? Altrimenti, la larghezza delle lame dovrebbe essere ridotta per evitare ciò.
Si Certamente. Un mio vecchio libro di testo menziona una soluzione progettata da Dowty-Rotol, ma che evidentemente non è entrata nel mainstream.
@reirab Eppure il Progress D-27 non ha problemi a funzionare. Inoltre, il motore vero e proprio non è niente di più e niente di meno che una moderna unità di picco o un motore distruttore (il tipo aeroderivato, non il tipo con base in ghisa enorme) non ha bisogno di essere assiale alla ventola, o la sua aspirazione potrebbe essere canalizzata da altrove (727 / L1011).
Emilio M Bumachar
2017-09-08 04:04:20 UTC
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Gli aerei perderebbero la capacità di interrompere improvvisamente l'atterraggio.

Se accade qualcosa di imprevisto subito prima o anche subito dopo l'atterraggio, i piloti hanno la possibilità di arrendersi, impostare la spinta al massimo e " decollare di nuovo ". Quindi prova ad atterrare di nuovo, magari da qualche altra parte a seconda del problema. È un'importante funzione di sicurezza.

Se gli invertitori di spinta sono molto più lenti da spegnere, richiedendo il riavvolgimento dei motori in posizione, quella capacità è notevolmente diminuito. Quindi, meno sicuro, a meno che tu non possa renderlo veloce come gli attuali invertitori di spinta.

Forse qualcuno che vola su un aereo di linea può correggermi, ma avevo l'impressione che dispiegare gli invertitori di spinta costituisse comunque l'impegno all'atterraggio nella maggior parte (o in tutti?) Aerei di linea. Vedi ad esempio [Perché ti viene richiesto di impegnarti per un atterraggio completo se è selezionata la spinta inversa?] (Https://aviation.stackexchange.com/q/2001/755)
Machavity
2017-09-07 21:39:26 UTC
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Alcuni aerei (mezzi da decollo e atterraggio verticali) possono fare qualcosa di relativamente simile con una direzione di spinta variabile. Nella lista dei velivoli VTOL va notato che la rotazione generalmente si verifica a causa dei condotti (ad esempio l ' Harrier Jump Jet) o della rotazione delle superfici alari (ad esempio un Bell V-22 Osprey)

Guardando l'ala di un A380, nessuno di questi è realmente fattibile (con il 747 molto simile)

Il modo più sicuro per ruotare il motore sarebbe quello di inclinarlo all'indietro in modo che fornisca ancora sollevamento prima dell'inversione (imbardare creerebbe ogni sorta di caos nella cellula e nel controllo). Quindi dovresti ruotare il motore sul pilone. Ciò significa un pilone più grande e un modo per spostare il motore in modo che l'alloggiamento possa completare il passo inverso. Ma non c'è abbastanza spazio per farlo. Dovresti in qualche modo estendere prima il motore davanti all'ala e poi ruotarlo attorno al suo asse. È molto lavoro per un piccolo vantaggio.

Puoi spiegarci come l'imbardata potrebbe causare problemi? È che l'ala non è progettata per sopportare carichi di compressione lungo la sua lunghezza o qualcos'altro? Suppongo che l'imbardata venga eseguita in direzioni opposte su ali opposte, quindi almeno non avresti una spinta netta fuori asse.
@MichaelSeifert Non sono un esperto di strutture dei velivoli, ma anche se hai ruotato tutti i motori per controbilanciare, stai aggiungendo un po 'di stress di compressione al telaio eseguendo un'imbardata invece di un beccheggio. Se uno è anche un po 'staccato, ora rischi di perdere il controllo nei momenti critici prima dell'atterraggio.
Imbarcazione a 4 motori, ruotare i motori in modo che le ventole puntino lontano dalla fusoliera: si finisce con lo scarico caldo rivolto verso la fusoliera e il motore esterno che cerca di fondere quello interno. Ruota in modo che le ventole puntino verso la fusoliera, ora sei limitato al solo motore interno che cerca di fondere quello esterno. (Oh, e hai un motore che si esaurisce direttamente nell'aspirazione dell'altro, indipendentemente dal modo in cui ruotano.)
Per lo più (dopo 90 gradi di rotazione) ti ritroverai con 4 freni aero su una superficie così grande, dovrai immergerti molto ripido per evitare lo stallo e forse tuffarti invertito (immagina il momento di abbassamento del beccheggio)
Gli invertitori di spinta @qqjkztd normalmente non vengono schierati in volo, comunque. Sono generalmente schierati dopo l'atterraggio.
tj1000
2017-09-08 21:13:43 UTC
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Gli attuali inversori di spinta consentono agli aeromobili di atterrare alla stessa distanza o inferiore a cui possono anche decollare, senza bisogno di enormi carrello di atterraggio e freni. Accorciare la distanza di atterraggio non aiuterà con aeroporti più corti, a meno che anche la distanza di decollo non sia ridotta. Altrimenti, l'aereo rimarrà in quell'aeroporto più piccolo finché non verrà smontato e trasportato via.

Ecco un video di un C17 che era diretto a MacDill AFB, ma è atterrato accidentalmente in un piccolo aeroporto regionale non controllato. Un po 'un problema, poiché la pista di atterraggio era lunga 3400 piedi e il C17 ha una corsa di decollo di 3500 piedi. Scarico del carico, un minimo di carburante e un pilota molto coraggioso lo riprende da terra.

Quindi un invertitore di spinta più potente aggiungerebbe costo, peso, complessità e più punti di guasto, senza ottenere alcun vantaggio reale. Si potrebbe accorciare la distanza di decollo con un progetto STOL, ma ciò ridurrebbe anche la distanza di atterraggio in virtù di una velocità minima inferiore.

Infine, considera l'unico velivolo oggi dotato di motori rotanti: il V22 Osprey. Ha avuto un ciclo di sviluppo molto difficile che si è protratto per oltre 20 anni. Quando Bell ha progettato una versione più piccola per l'esercito degli Stati Uniti, il V280 Valor, hanno scelto di non ruotare i motori, ma solo le teste del rotore, con una disposizione intelligente degli ingranaggi conici azionati da turbine montate sulla fusoliera.

["L '** unico ** aereo oggi con motori rotanti"] (https://en.wikipedia.org/wiki/AgustaWestland_AW609)?
Dan Mills
2017-09-08 18:51:38 UTC
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C'è una classe di velivoli che fa più o meno esattamente questa cosa, le moderne navi aeree Zepplin NT. Hanno motori sui bracci esterni che possono ruotare per fornire spinta in avanti, indietro, su o giù (oltre a un'elica di spinta fissa).

Inoltre hanno un'elica nella parte posteriore montata su un collare rotante che può essere puntato ad angolo retto rispetto allo scafo in qualsiasi direzione per fornire un mezzo per spingere la poppa intorno (e anche controllare il beccheggio).

enter image description here Immagine fonte

Non tutti gli account sono le cose più facili da pilotare.

Il titolo fa domande sugli aerei di linea, però ... Ruotare i ventilatori su un dirigibile molto lento è molto diverso dal ruotare un mostruoso turboventola ad alto bypass su un aereo di linea alla velocità di atterraggio di un aereo di linea.
Non ne sono affatto sicuro, quindi chiederò: le eliche continuano a ruotare mentre i motori cambiano direzione o le arrestano? Dopotutto, non sono necessari per mantenere la nave in aria, tutto il sollevamento è fornito dall'elio.
Quelli che ho visto volare non fermano le eliche, ma sospetto che il motore sia effettivamente riparato e che per azionare l'elica venga utilizzato un ingranaggio conico.
@reirab gli zeppelin dell'era Hindenburg non contavano come "aerei di linea"? ;)
B. Young
2017-09-10 00:24:35 UTC
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La potenza di inversione della spinta "seria" potrebbe provocare un aumento del beccheggio a basse velocità. La spinta inversa è limitata per limitare la quantità di movimento di beccheggio positivo che potrebbe mettere un aereo sulla coda (specialmente quando è fermo e applica i freni).



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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