Gli aerei di piccole dimensioni necessitano di ali montate molto basse per consentire un'altezza di cabina decente. L'ultimo aereo di linea commerciale che ha richiesto ai passeggeri di scavalcare il longherone alare per raggiungere il proprio posto è stato il Boeing P-247. Le ali basse non consentono lo spazio necessario per i motori, quindi la posizione migliore successiva è sulla fusoliera posteriore. Inoltre, i piccoli aerei hanno una fusoliera relativamente corta e l'equipaggiamento può essere corto (e leggero) senza rischiare un colpo di coda in rotazione.

I combattenti devono avere piccoli momenti di inerzia, specialmente in rollio, quindi non possono permettersi di mettere i motori sulle ali. Anche il Me-262 era inizialmente progettato con motori montati sulla fusoliera, ecco perché aveva questa peculiare sezione triangolare della fusoliera. Solo quando i motori aumentavano di diametro durante lo sviluppo, dovevano essere posizionati sull'ala.

Pro dei motori montati sul retro / sulla fusoliera:

• L'ala è pulita , con una bassa resistenza aerodinamica e condizioni ottimali per la creazione di portanza.
• I motori sono di facile accesso (se montati sulla fusoliera posteriore. Storia diversa con motori interrati!).
• Coda verticale più piccola necessario per condizioni di spinta asimmetrica.
• Possibile carrello di atterraggio più corto e leggero (se la capacità di rotazione non è compromessa).
• Bassa inerzia di rollio.

Contro dei motori montati sul retro / sulla fusoliera:

• Nessun sollievo dalla flessione per l'ala; È necessario un longherone alare più pesante.
• Nessun aiuto nella soppressione del flutter (una massa davanti alla linea elastica aiuta).
• Possibile interferenza con la scia dell'ala ad alto angolo di attacco.
• Forza la coda ad essere una configurazione con coda a T.
• Più struttura necessaria per trasportare le forze di spinta in avanti.
• Il rumore di aspirazione è più udibile, soprattutto per i passeggeri nella parte posteriore posti.

Questa immagine di un Cessna Citation X dovrebbe illustrare bene il punto.

Quando si progetta un aereo, un fattore fondamentale è la spinta necessaria. Per soddisfare i requisiti di potenza vengono utilizzati uno o più motori. I fattori che influenzano la selezione sono le dimensioni complessive del motore, le prestazioni, l'efficienza, il costo, i materiali e le limitazioni termiche durante le condizioni operative come il decollo, la massima continua, la massima salita e la massima crociera. L'installazione deve essere eseguita con il minor peso, resistenza e costo possibili.

Il posizionamento è indicato da fattori aerodinamici come la resistenza, le prestazioni del velivolo e la manovrabilità - i momenti di beccheggio cambiano attorno al baricentro - e il flusso d'aria attraverso il motore, strutturale e puramente funzionale / sicurezza come l'iniezione di detriti all'interno del motore durante l'atterraggio o il decollo. Tutto quanto sopra è solo per darti un piccolo assaggio di come va la procedura.

In generale, selezionare il motore corretto o la combinazione di motori e il posizionamento ottimale è un processo abbastanza complicato e talvolta molto noioso.

Comunque in poche parole, la quantità di spinta - tenendo in considerazione il minimo e il massimo richiesto per la certificazione, le prestazioni, ecc - è suddivisa tra i motori. Ora affrontiamo individualmente ciascun tipo di aereo nella tua domanda e proviamo a creare la logica alla base del posizionamento:

Combattenti :
Questi non hanno i motori nella parte posteriore (ad es. non hanno eliche di spinta), di solito i jet si trovano sotto la fusoliera come l'Eurofighter Typhoon, incorporata alla fusoliera, oppure l'abitacolo si trova in cima alla navicella del jet come il Corsair II mentre in tutti i casi l'ugello di uscita è nella parte posteriore. Il ragionamento alla base di questo posizionamento è la necessità di potenza e alta velocità. A parte che la fusoliera è l'unico punto in cui i motori non ostacolano il montaggio di missili e altre munizioni sulle ali dove possono essere posizionati, ispezionati e sostituiti su richiesta e con facilità.

Grandi aerei passeggeri ( come il Boeing 747):
La caratteristica principale di questo tipo è che lo spazio nella fusoliera è necessario per l'alloggio dei passeggeri. Questo da solo esclude l'incorporazione del motore nella fusoliera come nel caso dei caccia. Il peso totale aumenta portando alla necessità di potenza. Quest'ultimo impone o un singolo motore molto grande o più piccoli, come di solito è il caso, che devono essere distribuiti attorno al corpo, il che rende logico essere messi sotto le ali.

Aerei passeggeri medio / piccoli (come Cessna Citation Mustang o Dassault Falcon 900):
Quando il l'aereo diventa più piccolo e la distanza delle ali da terra si riduce i motori non possono essere montati sotto le ali senza problemi pratici. Quindi i motori si muovono verso la coda dove la fusoliera deve essere rinforzata per supportare il peso aggiuntivo. Le prestazioni complessive del velivolo sono diverse da quelle di un velivolo con motore alare perché il cg viene spostato a poppa quando è vuoto.

Small Cessna e altri hanno un unico motore nel muso perché, come ormai dovrebbe essere ovvio, hanno bisogno della potenza che può essere fornita da quel singolo motore e per ragioni di simmetria e costi di costruzione.

Tutto quanto sopra è un breve tentativo di dimostrare il processo di pensiero generale dietro il posizionamento dei motori. Ogni modo ha i suoi pro e contro che ogni ingegnere prende in considerazione e sebbene queste siano le configurazioni generali, esistono eccezioni. Alcuni sono questo BV 141 asimmetrico o questo DC-10 con motori sia alari che posteriori.

Ulteriori letture qui.

Anche il momento a prua durante l'accelerazione e allo stesso modo il momento a prua durante la decelerazione con un motore sotto l'ala sono favorevoli per caratteristiche di volo stabili. (il centro di gravità si trova davanti al centro di pressione)

Gli aeroplani con motori di coda si comportano in senso inverso: durante l'accelerazione producono un momento a prua verso il basso attorno al loro asse laterale. Ciò a sua volta causa più resistenza e alla fine più soldi. Durante la decelerazione, il momento di prua può essere pericoloso, considerando una situazione di quasi stallo o volo lento in generale.

Principalmente a causa del numero di motori. Se hai più di un motore, diventa difficile metterli entrambi nel mezzo. Si può fare, ci sono caccia con due motori al centro, ma ha più senso (meno rumore, manutenzione più semplice, ecc.) Metterli dietro le quinte.

C'è anche un vantaggio in termini di peso. Le ali sollevano l'aereo, i motori sono una componente importante del peso dell'aereo. Quindi, se il peso è dove viene prodotta la portanza, non è necessario rinforzare la struttura per trasportare le forze. Quindi struttura più leggera.

Se hai un motore, deve essere praticamente sulla linea centrale. Altrimenti, avresti una spinta asimmetrica e dovresti deviare il timone, tutto il tempo, per mantenere il volo diritto. Ciò causa la resistenza. Mettilo sul davanti, in una configurazione "trattore". Oppure sul retro, in configurazione "pusher". O in cima (vedi Lake Buchaneer / Renegade). Ad ogni modo, posizionalo sulla linea centrale dell'aereo.

Se hai due o tre motori, di solito li vuoi il più vicino possibile alla linea centrale. Nel caso in cui uno dei motori si spenga (intenzionalmente o meno), si desidera che la spinta rimanente sia il più vicino possibile alla simmetria, per il motivo di cui sopra. Bill Lear amava dire che, in un aereo bimotore, ogni motore era abbastanza potente da portarti sulla scena dell'incidente. Significa che, per molti aerei bimotore, se perdi un motore, l'altro motore potrebbe tenerti in volo finché non sei più in grado di contrastare la spinta asimmetrica e hai perso il controllo e sei schiantato. Questo è il motivo per cui i Lear Jets hanno tutti motori montati sulla fusoliera (il più vicino possibile alla linea centrale) e l'ultimo aereo che stava sviluppando (il Lear Fan) aveva due motori turboelica che guidano solo un'elica. Se hai perso uno dei motori in QUELL'uccello, avevi meno potenza ma la tua spinta era ancora perfettamente simmetrica.

Ci sono aerei che hanno> 3 motori, montati vicino alla fusoliera. Mi viene in mente il Lockheed JetStar, così come la cometa. Sfortunatamente, mettere più motori a reazione uno accanto all'altro causa problemi con il flusso d'aria intorno alle prese d'aria, che possono ridurre l'efficienza dei motori.

Nel frattempo, hai anche il problema del peso. Gli aeromobili sono progettati in modo che il centro di gravità (o baricentro, se preferisci) sia sulle ali perché è lì che si trova la portanza. Una delle cose più pesanti che trasporta un moderno aereo di linea è ... il carburante. Non sorprende che molti di loro abbiano la maggior parte della loro riserva di carburante nelle loro ali. Un'altra delle cose più pesanti che trasportano sono ... i motori. Se metti i motori sulle ali devi avere una pinna e un timone di dimensioni significative per mantenerlo dritto in una situazione di motore spento, ma il bilanciamento del peso tra prua e poppa funziona bene. Mettere tutto quel peso sulle ali significa anche che il resto della fusoliera sopporta meno carico, il che significa che la struttura può essere relativamente più leggera.

Quindi, per i grandi aerei di linea con un massiccio high-bypass turbofan, vuoi le prese il più distanziate possibile, per la massima efficienza, e le vuoi vicino alle ali in modo che gran parte del peso e della portanza siano facilmente collegate. Ovviamente, essere in grado di utilizzare la gravità per scaricare il carburante dalle ali ai motori, significa anche che è più probabile che i motori ottengano carburante in caso di problemi elettrici (che potrebbero spegnere le pompe di sovralimentazione del carburante).