Miért nem látunk soha nagy bypass turboventilátoros motorokat nagy kereskedelmi repülőgépekben és
Valami ilyesmiről beszélek (ez a Casino Royale kitalált repülőgépe), és nem két (vagy több) motor szárnyanként az egyes nacellákban:
Ha figyelmen kívül hagyjuk a külső oszlopokon található furcsa "csepptartályokat", mitől lesz ez a kialakítás alacsonyabb, mint az egyes nacelláké? Gondolhatok néhány rendkívül spekulatív előnyre és hátrányra mindkét elrendezésnél:
A közös gondolák előnyei:
- A közönséges nacelle és pilon azt jelentheti, hogy motoronként kevesebb az elülső és a nedvesítési terület, ami potenciálisan csökkentheti az általános ellenállást.
- Összességében úgy tűnik, hogy ez a séma lehetővé teszi, hogy a szárny minden motorjának "tolópontja" közelebb legyen a repülőgép középvonalához. Bizonyos kiviteleken, például az A380-ason, amelyekhez hatalmas függőleges bordára van szükség ahhoz, hogy megtartsák a tekintetüket a motor nélküli helyzetben, a függőleges borda méretének csökkentése némi súlyt és megtakarítást eredményezhet.
A közös gondolák hátrányai:
- Nyilvánvalóan fokozott annak a kockázata, hogy egy olyan motorhiba, amely nem szerepel benne, például egy néhány évvel ezelőtti A380-as, kaszkádhibákhoz vezethet „szomszédjában”. Nem tudom, hogyan lehet ezt a kockázatot számszerűsíteni, de jelentősnek tűnik.
- Ezenkívül egy pilon/nacelle szerkezeti meghibásodása (rendkívül ritka, de IIRC valóban előfordul) egy motor helyett két motort érint.
- A karbantartás valószínűleg nehezebb lesz, mivel két motorral kell megküzdenie annak megszerzéséhez.
- Arra számítok, hogy a két hajtóműnek a pilónon való támasztására vonatkozó szerkezeti követelmények miatt valószínűleg nem fog sokat megtakarítani, és valóban nehezebb repülőgépe van, ha minden más ugyanaz.
- Talán elveszítene némi hatékonyságot a nacellában lévő motorok kipufogógázainak kölcsönhatásában?
- Kiderülhet, hogy nem lehet két nagy, nagy bypass turboventilátort elhelyezni egy nacellában anélkül, hogy választanánk az áramlás elválasztása és a nagymértékben megnövelt frontális terület között.
Mindez azonban laikus spekuláció. Mérnök szempontjából nyilvánvaló-e az egyik elrendezés megválasztása a másik számára? Miért vagy miért nem?
válasz
Rövid válasz
A statikus és a cirkáló közötti nagyon eltérő áramlási viszonyok igénylik a nagy bypass-arányú motorok külön elhelyezését. Kevesebb tolóerőt és több húzóerőt hoznak létre párosításkor.
Miért voltak egyáltalán párosított motorok?
A korai sugárhajtóművekben a motorokat közvetlenül a szárny alá vagy a szárnyba szerelték, és a külön szerelt és ikermotorok összehasonlítása kisebb előnyöket mutatott utóbbiak számára a kisebb nedvesített felület és a szárnyra gyakorolt kisebb hatás miatt.
Az Arado két négymotoros prototípusát építette Ar-234 sugárhajtóművéből, egyet külön motorokkal (V6, lásd közvetlenül alább) és egyet páros motorokkal (V8, lent). A V8 az Ar-234 C változatának prototípusa lett.
Amint azonban a nagy bypass-arányú motorokból származó légáramlás növekszik, a párosítás a kettő közötti interferencia miatt hátrányossá válik. Vezetés közben csak a motorhoz áramló központi tápvezetéket veszik fel, a többit pedig a beszívó ajakra ömlik. Ha egy második motort közvetlenül az első mellé helyez, blokkolja a légáramlást ezen az oldalon, és növeli a légáramlást az ellenkező oldalon. Ez nagy valószínűséggel masszív elválasztáshoz vezet ott, ha a bevitel nem változik jelentősen, ami észrevehetően megnöveli a húzóerőt. Ezenkívül a mostanában aszimmetrikus beömlő áramlás csökkentené a ventilátor hatékonyságát - a mai motorokban nagyon homogén áramlást igényel a teljes keresztmetszeten.
Ezzel szemben alacsony fordulatszámon a motor mindenhonnan beszívja a levegőt, és egy második motorral versenyez, így mindkettő nem tud annyi levegőt befogadni, mintha külön szerelték volna őket. A párosítás eredménye csökkentené a tolóerőt a felszállás során.
A külön motorok kezdeti hátránya, a szárnyak aerodinamikájára gyakorolt együttes hatása ma már jelentősen csökken, ha oszlopokra szerelik őket úgy, hogy a szárny előtt és alatt legyenek.
Amint rájöttél, ennek nagy része valószínűleg a karbantartáshoz kapcsolódik. Jelenleg a motorokat általában közvetlenül a pilonból távolítják el. Ha pilonon pározták őket, akkor együtt kellett őket eltávolítani (ami lényegében feleannyira megbízhatóvá teszi őket), vagy más módon kellett rögzíteni.
A modern sugárhajtású motorokkal csak a legnagyobb 4 motorral rendelkező repülőgépnek van értelme, mivel a kétmotoros repülőgépek hatékonyabbak. Ez azt jelenti, hogy az olyan repülőgépek, mint a 747-es és az A380-asok, erre a konstrukcióra pályázhatnak. Valójában szerkezeti előny, ha egy motor tovább van a szárnyon. Repülés közben a motor súlya segít csökkenteni a szárny hajlító nyomatékát. Mint látta, ez megnehezíti a motorhibák ellenőrzését. Két motor egy szárnyra helyezése kompromisszum a szerkezet és a motorhiba-szabályozás között.
Ez kihatna a repülőgép által igényelt teljesítményre is. Az ikermotoros repülőgépeknek elegendő energiával kell rendelkezniük a felszálláshoz, ha egy motor meghibásodik a V1 után. Ez azt jelenti, hogy 50% -os teljesítménnyel kell kezdeni. A négymotoros repülőgépeknek ugyanazoknak a követelményeknek kell megfelelniük, de ez azt jelenti, hogy a felszállást 75% -os teljesítménnyel kell folytatniuk. A motorok párosításával azonban sokkal valószínűbb, hogy az egyik meghibásodása hatással lesz a másikra. Ez azt jelenti, hogy a repülőgépnek 50% -os teljesítménnyel kell repülnie, ami még kevésbé hatékony.
Egy másik lehetséges probléma a fordított tolóerő. Jelenleg a motorok a nacelle kerülete körüli helyeket használhatják a levegő kiűzéséhez. Ha a motorokat kombinálnák, mindegyiknek csak egy része lesz a kerületnek, így ez áramlási problémákat okozhat.
A meghibásodott motorok vagy tolóirányváltók esetei a pilonra nyomatékot jelentenek, és szilárdságukhoz további súlyra van szükség.
A motoros rendszerek kombinációja hozhat némi előnyt, de csökkentené a redundanciát.
Ez csökkentené a nacelle külső felületét, de megnövelné az elülső területet. Ha két 120 hüvelyk átmérőjű motort néz, amelyeket felül és alul egyenes csatlakozással kombinálnak, csökkentse a kerületet 750 "-ről 615" -re, de növelje az elülső területet 22600 in ^ 2 -ról 25700 in ^ 2-re Ha a profilt a motorok közé viszi (mint a fenti képen), akkor az elülső terület csökken, de a kerület is megnő.
Annak érdekében, hogy a motor vezetési szempontból hatékony legyen, "nagy áramlási sebességet kell mozgatni ugyanazzal az energiával". Vagyis a nagyobb ventilátor lehetséges egy adott mag számára. A meghajtás szempontjából ez a kialakítás kevésbé hatékony, mint az A380-as szerű konfiguráció. További információ a hajtás hatékonyságáról itt található .
A megnedvesített területen nem ennyit takarítanak meg, de a hatékonyság mellett a két motor között némi interferencia lép fel a károsanyag-kibocsátás csökkentésében. A két motor közötti kapcsolat egy növekvő határréteget is létrehoz, ami lassabbá teszi a kapcsolatot. Nem tudom számszerűsíteni a teljes ellenállást, de nem értem, hogy a nedves felületű megtakarítás kompenzálni fogja vagy nem fogja kompenzálni a viszkózus (határréteg) drag and drive integráció növekedését.
A motor alapvetően egy aspirációs gép, amely megpróbálja elnyelni a motor körüli áramlást. Ez kisebb gondot jelent utazás közben, de a felszálláskor mindkét motor versenyez a levegőért, ami miatt kevesebb tolóerőt produkálnak. A kritikus motorhiba kezdete általában a motor méretének méretezési feltétele. Ezért a legkritikusabb állapotban alacsonyabb hatékonysággal rendelkezünk. Globális repülőgép-nézőpontból ezáltal a motor túlméretezetté válik.
A függőleges bordával kapcsolatos véleményed helyes.
Ami az ellenőrizetlen motorhiba kockázatát illeti, a motorokat általában úgy tervezik, hogy elkerüljék ezt a helyzetet. Szeretem ezt a videót a tesztről.
Szerkezetét tekintve ne feledje, hogy motor meghibásodása esetén figyelembe kell venni az ásítási pillanatot, amikor az egyik motor működik, a másik pedig nem. Tehát nagyon valószínű, hogy az oszlop nehezebb, mint 2 oszlop (bár kevésbé húzódik).
Ennek a konfigurációnak nincs értelme, és általában olcsóbb hozzáadni egy trimmelőtartályt, mint külső, vontató üzemanyagtartályokat használni.
Például arra, hogy a kompromisszumos motorok nem igazán üzletelnek, csak az összes vegyes szárnyú repülőgépet nézve, mindegyikük motorja el van választva a közöttük lévő sík tetején (például X48).
Általában azt mondtam, hogy "kevesebb, a lehető legnagyobb motor".
A motorok csatlakoztatását az elmúlt napokban egyenes turbósugárral próbálták meg - az Iluyshin Il-62 és a Vickers VC-10 használta ezt a konfigurációt, csakúgy, mint a Lockheed JetStar Business Jet; Ez a korábbi turbógépek gyenge tolóteljesítménye miatt történt. A modern turboventilátorok elegendő tolóerőt biztosítanak ahhoz, hogy ne kelljen motorokat kapcsolni. Valójában javaslatot tettek az USAF-nek, hogy a B-52 motorárbocain lévő páros turbó motorokat helyettesítsék egyedi RB-211 típusú turboventilátorokkal (ezáltal nyolc turbósugárzóból négy turbós ventilátoros bombázót alakítsanak ki). Ezt az előzetes költségek miatt elutasították; Az üzemanyag-megtakarítás azonban jelentős lett volna a fele annyi motor használatának képessége és a turboventilátorok javult fajlagos üzemanyag-takarékossága miatt.
A pilonon lévő párosított motorokkal egy másik kérdés a biztonság - az LOT 5055 tragikusan megmutatta ezt, amikor az egyik Soloviev D-30 turboventilátora ellenőrizetlen meghibásodást szenvedett, amely motor tüzet és súlyos károkat okozott a másik oldalon. Ha az Il-62 hagyományosabb elrendezést használt volna, akkor egy ilyen eset sokkal kevésbé jelentett volna problémát, mivel a tűz és a károk mintája sokkal szorosabb lett volna.
Néhány, amit a B-52 "átalakításának vitájáról" olvastam, kevésbé kapcsolódik a korszerűbb motorokhoz való frissítéshez (jobb üzemanyag-takarékosság, pótalkatrészek rendelkezésre állása stb.), És többet a "kormányhatalom" hatásairól.
Ha a BUFF 8-ról 4 motorra váltana, akkor az 1/4-es vagy 2/4-es motor elvesztése ugyanazon az oldalon azt jelentené, hogy a jelenlegi B-52 kormány és a vízszintes stabilizátor nem biztos, hogy elegendő a repülőgép biztonságának megőrzéséhez. 3/4-es vagy 2/4-es motorhelyzet leszállásához. Nyolc motor cseréje négyre a kormány és a függőleges stabilizátor átfogó (drága) felújítását teheti szükségessé.
Ilyen motorok párosításakor valószínűbb, hogy az egyik motor meghibásodása átterjed a másikra. Így történt például az F-18-zal, ahol az egyik motor ellenőrizetlen meghibásodása következtében a motor egyes részei (úgy gondolom, hogy turbinapengék voltak) tönkretették a másikat.
Ha van lapátos motorja, a szárnyak széttárása csökkenti a szárnyak hajlítási nyomatékait, ami csökkenti a szárny súlyát.