Domanda:
Perché i grandi aerei hanno i motori principalmente sulle ali, mentre quelli più piccoli tendono ad averli in coda o in punta?
yippy_yay
2014-02-25 18:15:13 UTC
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Gli aerei passeggeri di grandi dimensioni hanno quasi sempre i motori appesi alle ali, i caccia di solito li hanno nella parte posteriore e i piccoli Cessna li hanno sul muso.

Qual è la ragione di queste variazioni nel design?

Molti jet più vecchi come Sud Caravelle, DC-9 e B727 avevano motori sulla coda e jet più piccoli (come la serie CRJ-200/700/900/1000) lo fanno ancora.
Il DC-10, MD-11 e L-1011 hanno entrambi (1 nella coda e 1 sotto ciascuna ala).
o il BN Trilander ... 1 elica in coda, 1 in ogni ala ...
I motori da combattimento non sono nella parte posteriore. Gli ugelli di scarico sono nella parte posteriore, ma i motori occupano una regione lungo il corpo. La massa principale del / dei motore / i sarà / saranno abbastanza vicina al baricentro generale dell'aereo.
Cinque risposte:
#1
+27
Peter Kämpf
2014-06-27 02:23:21 UTC
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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.

Cessna Citation X, demonstrating low wing and short gear

Ho appreso da [questa pagina] (http://www.b737.org.uk/history.htm) che il Boeing 737 era inizialmente progettato con motori montati sul retro, come il Sud-Aviation Caravelle, che avrebbe dovuto sostituire . Selezionando la versione finale con motori montati sulle ali nel design ribassato, Boeing potrebbe ridurre il peso a vuoto del 733-100 di 700 libbre, non è un'impresa da poco!
potresti costruire un aereo di linea ad ala alta e far sospendere i motori sotto l'ala. Pensa ad ARJ. O un aereo di linea ad ala bassa e avere i motori in cima all'ala. Pensa a VFW614. E poi c'è la cometa, i motori nella radice dell'ala.
@jwentig: Sì, potresti, ma non sarebbe prudente. L'ARJ era inizialmente un trasporto militare, ecco perché lo sembra. E senza Moritz Sutter, che desiderava così tanto avere aeroplani quadrimotori a Crossair, anche il successo commerciale non sarebbe stato così grande. A Crossair, il 146 aveva il soprannome di "Jumbolino".
L'ARJ è stato sviluppato dal 146, progettato per il mercato civile. Il 146STA (penso si chiamasse) è stato creato come trasporto militare per creare affari extra, non era la versione militare il concetto iniziale (potrei ancora avere una brochure di marketing degli anni '80 per quella che ho preso a Farnborough qualche anno).
Intendi dire che le ali di solito sono solo una grande struttura invece di due separate?
@Antzi: Sì, la parte centrale è la sezione più pesante di un'ala. Vedere un'ala come due cose separate che sporgono ai lati ti farà dimenticare ciò che è nascosto all'interno della fusoliera.
#2
+24
ilias
2014-02-26 03:10:41 UTC
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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.

La maggior parte dei caccia trova i motori a poppa. C'è molta complessa geometria di aspirazione che occupa il resto dello spazio, qualcosa di importante nel volo supersonico (affrontare le onde d'urto, ecc. Prima che arrivino al compressore). In alcuni vecchi jet passeggeri, come il DH Comet, i motori a reazione erano sepolti nella radice dell'ala. Questo deve aver portato ad alcune interessanti considerazioni sulla progettazione strutturale!
O sopra le ali, ala Honda. :)
@PhilPerry Immagino che la manutenzione o la sostituzione del motore sia stata un ripensamento sulla DH Comet. Probabilmente ci voleva un bravo venditore per convincere gli aerei di linea a trascurare quel difetto fatale.
@IceArdor era un design esteticamente più gradevole, ma il posizionamento del motore era l'ultimo dei loro problemi.
@memoryofadream: Per essere onesti, le successive Comete _did_ risolvono il problema che i primi modelli avevano con la caduta spontanea a mezz'aria ...
#3
+8
LRT
2014-02-25 19:06:03 UTC
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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.

#4
+6
Tey
2014-02-25 18:45:59 UTC
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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.

Vickers VC-10 e Ilyushin Il-62 avevano quattro motori nella parte posteriore. Funzionava bene, ma il vento era davvero più forte.
@PeterKämpf: E aumenta anche la probabilità che un motore che esploda distrugga il motore successivo.
#5
+4
Meower68
2014-10-15 04:21:12 UTC
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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).

Mettere più motori a reazione uno accanto all'altro può anche causare problemi se uno dei motori esplode per qualche motivo (è molto più facile per frammenti di un motore disabilitare un altro motore se detto altro motore è proprio accanto al motore esploso); l'Il-62 ha avuto un paio di incidenti in cui ciò è accaduto (è vero, ciò che effettivamente ha causato lo schianto degli aerei a quei tempi erano altri frammenti del motore che hanno forato la fusoliera e tagliato i cavi di controllo in essa contenuti, ma si può ancora vedere come il fratricidio potrebbe potenzialmente causare problemi da solo).


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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