Risposta breve

Sono le condizioni di flusso molto diverse da statico a crociera che richiedono un posizionamento separato dei motori a reazione ad alto rapporto di bypass. Producevano meno spinta e più resistenza quando accoppiati.

Perché c'erano motori accoppiati?

I primi jet avevano i loro motori montati direttamente sotto o nell'ala, e confronti tra I motori montati separatamente e gemellati mostravano un leggero vantaggio per quest'ultimo a causa della minore superficie bagnata e del minore impatto sull'ala.

Arado costruì due prototipi quadrimotori del loro Ar-234 jet, uno con motori separati (V6, vedi direttamente sotto) e uno con motori accoppiati (V8, più in basso). Il V8 divenne il prototipo della versione C dell'Ar-234.

Tuttavia , con l'aumento del flusso d'aria dei motori ad alto rapporto di bypass, l'interferenza tra i due trasformerà l'abbinamento in uno svantaggio. In crociera, verrà ingerito solo il tubo di flusso centrale che scorre verso il motore e il resto si riverserà sul labbro di aspirazione. Posizionare un secondo motore direttamente accanto al primo bloccherà il flusso di aria versata su quel lato e aumenterà il flusso di fuoriuscita sul lato opposto. Molto probabilmente questo causerà una massiccia separazione se l'assunzione non viene pesantemente modificata, portando a un notevole aumento della resistenza. Inoltre, il flusso ora asimmetrico nell'aspirazione ridurrebbe l'efficienza della ventola: ha bisogno di un flusso molto omogeneo su tutta la sezione trasversale nei motori di oggi.

Al contrario, a bassa velocità il motore aspira aria da ogni parte e dovrà affrontare la concorrenza di un secondo motore, in modo tale che entrambi non saranno in grado di ingerire tanta aria come se montati separatamente. La conseguenza dell'accoppiamento sarebbe una riduzione della spinta durante il decollo.

Lo svantaggio iniziale dei motori separati, il loro impatto collettivo sull'aerodinamica delle ali, è ora notevolmente ridotto montandoli sui piloni , quindi sono avanti e sotto l'ala.

Una grande parte di questo è probabilmente correlata alla manutenzione, come hai osservato. Attualmente, i motori vengono generalmente prelevati direttamente dal pilone. Se fossero accoppiati su un pilone, dovrebbero essere rimossi insieme (rendendoli sostanzialmente affidabili la metà) o attaccati in un modo diverso.

Con i moderni motori a reazione, solo l'aereo più grande ha senso per hanno 4 motori, perché gli aerei bimotore sono più efficienti. Ciò significa che aerei come il 747 e l'A380 sarebbero candidati per questo progetto. In realtà c'è un vantaggio strutturale nel posizionare un motore più lontano sull'ala. In volo, il peso del motore aiuta ad alleviare il momento flettente sull'ala. Come hai osservato, questo rende più difficile il controllo del motore fuori. Il posizionamento di due motori su un'ala è un compromesso tra la struttura e il controllo del motore fuori.

Ciò influenzerebbe anche la quantità di potenza necessaria all'aereo. Gli aerei bimotore devono avere abbastanza potenza per decollare se un motore si guasta dopo V1. Ciò significa che devono continuare un decollo con il 50% di potenza. Gli aeromobili con quattro motori devono soddisfare lo stesso requisito, ma questo significa che devono continuare un decollo con il 75% di potenza. Tuttavia, l'associazione dei motori rende molto più probabile che un guasto in uno influenzi l'altro. Ciò significa che potrebbe essere necessario che l'aereo voli con il 50% di potenza, il che renderà l'aereo ancora meno efficiente.

Un altro potenziale problema è la spinta inversa. Attualmente, i motori possono utilizzare le posizioni intorno alla circonferenza della navicella per espellere quest'aria. Con i motori combinati, ognuno avrebbe solo una parte della circonferenza, quindi questo potrebbe creare problemi di flusso.

Casi di motori guasti o invertitori di spinta aumenterebbero la coppia sul pilone, richiedendo un peso aggiuntivo per la forza.

Ci potrebbe essere qualche vantaggio nella combinazione di sistemi motore, ma sarebbe al costo di una ridondanza ridotta.

Ciò ridurrebbe l'area dell'esterno della navicella, ma aumenterebbe l'area frontale. Considerando due motori da 120 pollici di diametro, combinandoli collegandoli direttamente in alto e in basso, si riduce il perimetro da 750 pollici a 615 pollici, ma si aumenta l'area frontale da 22600 in ^ 2 a 25700 in ^ 2. Portare il profilo tra i motori (come nella foto sopra), diminuirà l'area frontale, ma aumenterà anche il perimetro.

Perché un motore sia efficiente dal punto di vista propulsivo, c'è la necessità di "muovere una quantità elevata di flusso con la stessa energia". Il che significa che per un dato core creare il fan più grande possibile. Quindi, dal punto di vista della propulsione, quel design è meno efficiente della configurazione simile all'A380. Puoi vedere qui ulteriori informazioni sull'efficienza propulsiva.

Non c'è così tanto risparmio nell'area bagnata, ma ci sarà qualche interferenza tra i due motori nella riduzione dello scarico sulla parte superiore del efficienza. Anche la giunzione tra i due motori creerà una crescita dello strato limite, rendendo la giunzione più trascinata. Non riesco a quantificare la resistenza totale, ma non è chiaro per me che nettamente il risparmio di resistenza sulla superficie bagnata compensi o meno l'aumento della resistenza viscosa (strato limite) e l'integrazione della propulsione.

An il motore è fondamentalmente una macchina ad aspirazione che cerca di assorbire il flusso intorno al motore, questo sarà meno importante in crociera, ma al decollo entrambi i motori competeranno per l'aria circostante, facendoli produrre meno spinta. Il decollo di un guasto critico del motore è di solito una condizione di dimensionamento per la dimensione del motore ... quindi abbiamo meno efficienza nella condizione più critica. Dal punto di vista dell'aeroplano globale, questo rende il motore più sovradimensionato.

Il tuo punto di vista sulla pinna verticale è corretto.

Per quanto riguarda il rischio di avaria del motore non contenuta, i motori sono generalmente progettati per evitare questa situazione. Adoro questo video sul test effettuato.

In termini di struttura, tieni presente che in caso di guasto di un motore dovrai includere il momento di imbardata di averne uno motore funzionalmente funzionante e l'altro no. Quindi molto probabilmente il pilone sarà più pesante di 2 piloni (anche se meno trascinato).

Inoltre, questa configurazione non ha alcun senso, di solito è più economico includere un serbatoio di assetto piuttosto che usare carburante esterno, pesante pod.

Ad esempio, il compromesso tra i motori di giunzione non fa sì che il business guardi solo a tutti gli aeroplani ad ali miste, tutti hanno i loro motori nella parte superiore dell'aereo separati tra loro (come X48).

Come regola generale direi "meno motori quanto più grandi possibile".

L'unione dei motori è stata tentata in passato ai tempi del turbogetto: l'Iluyshin Il-62 e il Vickers VC-10 usavano questa configurazione, così come il business jet Lockheed JetStar; ciò è stato fatto a causa della scarsa potenza di spinta dei primi turbogetti. I moderni turbofan generano abbastanza spinta da non aver bisogno di accoppiare i motori - in effetti, è stata lanciata una proposta per l'USAF per sostituire i turbojet accoppiati sui piloni del motore del B-52 con singoli turbofan RB-211 (trasformando così un bombardiere con otto motori a turbogetto in uno con quattro motori a turbogetto). Questo è stato rifiutato a causa dei costi iniziali; tuttavia, il risparmio di carburante sarebbe stato piuttosto significativo grazie sia alla possibilità di utilizzare la metà dei motori al miglioramento del consumo di carburante specifico dei turbofan.

Un altro problema con i motori accoppiati su un pilone è la sicurezza - LOT 5055 lo ha dimostrato in modo tragico quando uno dei suoi turbofan Soloviev D-30 ha subito un guasto incontrollato, provocando un incendio del motore e gravi danni all'altro motore su quel lato; se l'Il-62 avesse utilizzato un layout più tradizionale, un simile incidente sarebbe stato molto meno problematico in quanto il modello di fuoco e di danno sarebbe stato molto più limitato.

Alcuni di ciò che ho letto sulla "discussione di re-engineing" sul B-52 non è tanto nel merito dell'aggiornamento a motori più moderni (migliore risparmio di carburante, disponibilità di pezzi di ricambio, ecc.) ma sul implicazioni dell '"autorità del timone".

Se il BUFF passasse da 8 motori a 4, le implicazioni di una perdita di 1/4 o 2/4 motori sullo stesso lato implicherebbero che l'attuale B-52 il timone e lo stabilizzatore orizzontale potrebbero non essere adeguati per far atterrare l'aereo in sicurezza in una situazione di motore 3/4 o 2/4. Vale a dire: sostituire otto motori con quattro potrebbe richiedere una enorme (costosa) riprogettazione del timone e dello stabilizzatore verticale.

L'accoppiamento di motori in questo modo rende più probabile che il guasto di un motore si propaghi all'altro. Questo è accaduto, ad esempio, sull'F-18 in cui un motore ha avuto un guasto incontrollato, con il risultato che pezzi di motore (penso che fossero pale di turbina) distruggendo l'altro.

Inoltre, quando hai ha motori montati sull'ala, distribuendoli riduce i momenti flettenti dell'ala, che tende a ridurre il peso dell'ala.