Зошто никогаш не гледаме мотори со висок бајпас турбофан што се користат во големи комерцијални авиони и

Зборувам за вакво нешто (ова е измислен авион на Казино Ројал), а не за два (или повеќе) мотори по крило во одделни нацели:

Ако ги игнорираме чудните „резервоари за пад“ на надворешните столбови, што го прави овој дизајн инфериорен во однос на оној со индивидуални нацели? Можам да мислам на некои многу шпекулативни предности и недостатоци за двата распоред:

Предности за споделени гондоли:

Заедничката накела и пилон може да значи помалку фронтална и област на мокрење по мотор, што потенцијално може да го намали вкупниот влечење.
Генерално, оваа шема се чини дека дозволува „центарот за потиснување“ за сите мотори на крило да биде поблизу до централната линија на авионот. На некои дизајни, како што е А380, за кои е потребна масивна вертикална перка за да се задржи моќта на вилицата во ситуација без мотор, намалувањето на големината на вертикалната перка може да заштеди тежина и да влече.

Недостатоци за заеднички гондоли:

Очигледно, постои зголемен ризик дефект на моторот што не е вклучен, како што е оној на A380 пред неколку години, да доведе до откажување на каскадата кај неговиот „сосед“. Не сум сигурен како да се измери овој ризик, но се чини значаен.
Дополнително, структурниот дефект на столбот/накелот (исклучително редок, но всушност се јавува IIRC) влијае на два мотора наместо на еден.
Одржувањето веројатно ќе биде потешко бидејќи ќе треба да се справите со два мотори за да добиете еден.
Јас би очекувал дека поради структурните барања за поддршка на два мотори на столб, веројатно нема да заштедите многу тежина и всушност имате потежок авион кога сите други работи се исти.
Можеби би изгубиле одредена ефикасност во интеракцијата помеѓу издувните гасови на двата мотори во нацели?
Можеби ќе испадне дека не можете да ставите два големи турбофана со висок бајпас во нацела без да изберете помеѓу прашањата за раздвојување на протокот и значително зголемената фронтална област.

Сепак, сето ова е шпекулација за лаици. Од гледна точка на инженер, дали изборот на еден распоред е очигледен за другиот? Зошто да или зошто не?

одговори

Краток одговор

Токму различните услови на проток, од статичко до крстарење, бараат посебна поставеност на мотори со висок однос на бајпас. Тие би создале помалку придвижување и повеќе влечење кога се спарени.

Зошто воопшто имаше спарени мотори?

Во раните млазници, моторите беа монтирани директно под или во крилото, а споредбите помеѓу одделно монтираните и двокреветните мотори покажаа мала предност за вторите поради помалата навлажнета површина и помалото влијание на крилото.

Арадо изгради два прототипа со четири мотори на својот авион Ar-234, еден со посебни мотори (V6, видете директно подолу) и еден со спарени мотори (V8, подолу). V8 стана прототип на верзијата C на Ar-234.

Меѓутоа, со зголемувањето на протокот на воздух од моторите со висок сооднос на бајпас, спарувањето станува неповолно поради пречките помеѓу нив. Додека возите, само централната цевка за напојување што тече кон моторот е подигната, а остатокот се истура над усната усна. Поставувањето на втор мотор веднаш до првиот ќе го блокира протокот на воздух од таа страна и ќе го зголеми протокот на воздух од спротивната страна. Ова најверојатно ќе доведе до масовно одделување таму доколку внесот не се промени значително, што ќе доведе до забележително зголемување на влечењето. Покрај тоа, сега асиметричниот проток на влезот ќе ја намали ефикасноста на вентилаторот - кај денешните мотори, тој бара многу хомоген проток на целиот пресек.

Спротивно на тоа, при мала брзина, моторот ќе вшмукува воздух од секаде и ќе се соочи со конкуренција од втор мотор, така што и двајцата не можат да внесат толку воздух како да се монтирани одделно. Резултатот од спарувањето ќе биде намален нагон за време на полетувањето.

Првичниот недостаток на засебните мотори, нивниот колективен ефект врз аеродинамиката на крилата, сега е значително намален со монтирање на столбови, така што тие се пред и под крилото.

Како што откривте, голем дел од ова најверојатно е поврзано со одржување. Во моментов, моторите генерално се отстрануваат директно од столбот. Ако беа спарени на столб, тие или ќе треба да се отстранат заедно (што ги прави во суштина половина од сигурниот) или на друг начин прикачени.

Со современи млазни мотори има смисла само најголемиот авион со 4 мотори, бидејќи двомоторните авиони се поефикасни. Ова значи дека авиони како 747 и А380 ќе бидат кандидати за овој дизајн. Тоа е всушност структурна предност да се има мотор подалеку од крилото. За време на летот, тежината на моторот помага да се намали моментот на свиткување на крилото. Како што видовте, ова го отежнува контролирањето на дефектот на моторот. Поставувањето два мотори на едното крило е компромис помеѓу структурата и контролата на откажување на моторот.

Ова исто така би влијаело на моќноста што му е потребна на авионот. Двомоторните авиони мора да имаат доволно моќ да полетаат доколку еден мотор откаже по V1. Ова значи дека треба да започнете со моќност од 50%. Авионите со четири мотори мора да ги исполнуваат истите барања, но тоа значи дека тие мора да продолжат со полетувањето со 75% моќност. Сепак, со спарување на моторите, многу поверојатно е дека дефект во едниот ќе влијае на другиот. Ова значи дека леталото можеби ќе треба да лета со 50% моќност, што го прави авионот уште помалку ефикасен.

Друг потенцијален проблем е обратна моќност. Во моментов, моторите можат да користат места околу периметарот на гондолата за да го исфрлат овој воздух. Ако моторите се комбинираат, секој би имал само дел од обемот, така што ова може да создаде проблеми со протокот.

Случаи на откажани мотори или повратни реактори ќе применат вртежен момент на столбот и ќе бараат дополнителна тежина за јачина.

Комбинацијата на моторни системи може да донесе некои придобивки, но ќе го намали вишокот.

Ова ќе ја намали површината на надворешноста на нацелот, но ќе ја зголеми предната област. Ако земете предвид два мотори со дијаметар од 120 инчи кои се комбинираат со права врска на горниот и долниот дел, намалете го обемот од 750 "на 615", но зголемете ја предната површина од 22600 во ^ 2 на 25700 во ^ 2 Ако го доведете профилот помеѓу моторите (како на фотографијата погоре), предната област е намалена, но обемот е исто така зголемен.

За да може моторот да биде ефикасен од гледна точка на возењето, „голема брзина на проток мора да се помести со истата енергија“. Тоа е, поголем вентилатор е возможен за одредено јадро. Од гледна точка на погон, овој дизајн е помалку ефикасен од конфигурацијата слична на А380. Повеќе информации за ефикасноста на погонот може да најдете овде .

Не толку многу е заштедено во навлажнетата област, но ќе има одредено мешање помеѓу двата мотори во намалувањето на емисијата на штетни гасови, покрај ефикасноста. Врската помеѓу двата мотори создава и растечки граничен слој, што ја прави врската послаба. Не можам да го квантифицирам вкупното влечење, но не сфаќам дека заштедата на влечење кога е влажна површината ќе или не го компензира зголемувањето на вискозниот (граничен слој) интеграција и влечење.

Моторот во основа е машина за аспирација која се обидува да го апсорбира протокот околу моторот. Ова е помалку важно при крстарење, но при полетување, двата мотори се натпреваруваат за воздух, што ги прави да произведуваат помалку потисна сила. Почетокот на критична слабост на моторот е обично димензионална состојба за големината на моторот. Затоа имаме помала ефикасност во најкритична состојба. Од глобална перспектива на авиони, ова го прави моторот повеќе преголем.

Вашата поента за вертикалната перка е точна.

Во однос на ризикот од неконтролирано откажување на моторот, моторите обично се дизајнирани да ја избегнуваат оваа ситуација. Го сакам ова видео за тестот.

Во однос на структурата, имајте на ум дека во случај на дефект на моторот, треба да размислите за променливиот момент кога едниот мотор работи, а другиот не. Значи, многу е веројатно дека столбот е потежок од 2 столбови (иако помалку се влече).

Исто така, оваа конфигурација нема смисла и обично е поевтино да се додаде резервоар за сечење отколку да се користат надворешни резервоари за гориво за влечење.

Како пример за компромисни мотори кои не прават деловни активности само гледајќи ги сите авиони со мешано крило, на сите им се одделени моторите во горниот дел на авионот меѓу нив (како X48).

Како по правило, би рекол „помалку мотори што е можно поголеми“.

Во минатите денови се обидуваше да се приклучат мотори со директно турбо-авиони - Iluyshin Il-62 и Vickers VC-10 ја користеа оваа конфигурација, како и деловниот авион Lockheed JetStar; Ова се случи како резултат на слабата изведба на потисна сила на претходните турбо-мотори. Современите турбофанови обезбедуваат доволна моќност за да не мора да спојувате мотори. Всушност, до УСАФ е даден предлог да ги замени спарените турбо-мотори на јарболите на моторите на Б-52 со индивидуални турбофанови РБ-211 (со што осум турбо-млазен бомбардер се претвори во бомбардер со четири турбо-вентилатори). Ова беше одбиено поради претходните трошоци; Сепак, заштедата на гориво ќе беше значајна како резултат на можноста да се користат половина повеќе мотори и подобрената специфична економичност на турбофоните.

Друг проблем со поврзаните мотори на столбот е безбедноста - ЛОТ 5055 трагично го демонстрираше ова кога еден од неговите турбофанови Соловиев Д-30 претрпе неконтролирано откажување што предизвика пожар на моторот и сериозно оштетување на другиот мотор од таа страна. Доколку Ил-62 користеше потрадиционален распоред, ваквиот инцидент ќе беше многу помал проблем бидејќи пожарот и штетата ќе беа многу построги.

Некои од она што го прочитав за „Дискусија за преобразување“ на Б-52 имаат помалку врска со надградба на помодерни мотори (подобра потрошувачка на гориво, достапност на резервни делови, итн.) И повеќе за ефектите од „авторитетот на кормилото“.

Ако БУФ требаше да помине од 8 на 4 мотори, ефектите од губење на мотори 1/4 или 2/4 од иста страна ќе значат дека сегашниот кормило Б-52 и хоризонталниот стабилизатор можеби не се доволни за одржување на безбедноста на авионот да слета ситуација на мотор од 3/4 или 2/4. Замена на осум мотори со четири може да бара обемно (скапо) ремонт на кормилото и вертикален стабилизатор.

Кога спарувате такви мотори, поверојатно е дека откажувањето на едниот мотор ќе се прошири на другиот. Ова е она што се случи со Ф-18, на пример, кога едниот мотор имаше неконтролирано откажување, што резултираше во делови од моторот (верувам дека беа лопати на турбината) и го уништија другиот.

Ако имате мотори на крилјата, ширењето на крилјата ќе ги намали моментите на свиткување на крилјата, што има тенденција да ја намали тежината на крилото.