Dispunerea motoarelor influențează aeronava în multe moduri importante. Siguranța, greutatea structurală, fluturarea, tracțiunea, controlul, ridicarea maximă, eficiența propulsivă, mentenabilitatea și potențialul de creștere al aeronavelor sunt toate afectate.

Motoarele pot fi plasate în aripi, pe aripi, deasupra aripilor sau suspendate pe piloni sub aripi. Acestea pot fi montate pe fuselajul din spate, pe partea de sus a fuselajului sau pe părțile laterale ale fuselajului. Oriunde sunt plasate nacelele, distanțarea detaliată față de aripă, coadă, fuselaj sau alte nacele este crucială.

Motoare montate pe aripi

Motoarele îngropate în rădăcina aripii au o rezistență minimă de paraziți și probabil o greutate minimă. Locația lor interioară minimizează momentul de șuviță datorită tracțiunii asimetrice după defectarea motorului. Cu toate acestea, acestea reprezintă o amenințare la structura de bază a aripilor în cazul unei defecțiuni a discului cu lamă sau turbină, îngreunează maximizarea eficienței admisiei și îngreunează accesibilitatea pentru întreținere. Dacă se dorește un motor cu diametru mai mare într-o versiune ulterioară a avionului, este posibil să fie necesară reproiectarea întregii aripi. Astfel de instalații elimină și clapeta din zona evacuării motorului, reducând astfel CLmax.

Din toate aceste motive, această abordare nu mai este utilizată, deși primul avion comercial, deHavilland Comet, avea motoare montate pe radacini. Figura prezintă cometa 4C ST-AAW a Sudan Airways.

astfel încât

Următoarea figură, din ediția din mai 1950 a Popular Science, arată intrarea unuia dintre motoarele Cometei. "Patru motoare cu turbină sunt așezate atât de aproape de linia centrală încât să planeze, încât chiar dacă două pe o parte sunt decupate, pilotul are puține probleme în a menține un zbor drept și nivelat."

Nacelele montate pe aripă pot fi așezate astfel încât generatorul de gaz să fie în fața distanței frontale pentru a minimiza deteriorarea structurală a aripii în cazul unei defecțiuni a discului sau a lamei. Instalațiile motorului care nu permit acest lucru, cum ar fi aranjamentul original 737, pot necesita o protecție suplimentară, cum ar fi blindarea nacelei, pentru a preveni rezultatele catastrofale în urma defectării paletei turbinei. Aceasta plasează orificiul de admisie cu mult în fața marginii anterioare a aripii și departe de fluxul ridicat de spălare ascendentă din apropierea marginii anterioare. Este relativ simplu să obțineți o recuperare ridicată a ramului în intrare, deoarece unghiul de atac la intrare este minimizat și nu sunt ingerate treziri.

În zilele cu turboventilatoare cu raport de bypass scăzut, s-a considerat rezonabil să lase un spațiu de aproximativ 1/2 din diametrul motorului între aripă și nacelă, așa cum se arată în schița instalației DC-8 de mai jos.

Deoarece raporturile de bypass ale motorului au crescut la aproximativ 6 - 8, acest decalaj mare nu este acceptabil. S-au întreprins lucrări substanțiale pentru a minimiza decalajul necesar pentru a permite motoare cu diametru mare, fără viteze foarte lungi.

.

Abordările actuale de proiectare bazate pe CFD au făcut posibilă instalarea motorului foarte aproape de aripă așa cum se arată în figura de mai jos. 737 a beneficiat în special de motoarele montate îndeaproape, permițând acestui proiect mai vechi de aeronave să fie echipat cu motoare cu un raport de bypass ridicat, în ciuda trecerii sale scurte.


Nacelele laterale trebuie amplasate pentru a evita suprapunerea vitezei induse de la fuselaj și nacelă sau de la nacelele alăturate. Această problemă este și mai mare în ceea ce privește interferența aripă-pilon-nacelă și necesită ca locațiile nacelelor să fie suficient de înainte și de scăzute pentru a evita creșterile de tracțiune de la viteze locale ridicate și mai ales apariția prematură a vitezei supersonice locale. Figura de mai jos de la Boeing arată o parte din dificultatea de a plasa motoarele prea aproape de fuselaj.


Influența poziției nacelei laterale asupra rezistenței la interferență

Structural, locațiile de nacelă exterioare sunt de dorit pentru a reduce momentele de îndoire a aripii în zbor, dar cerințele de fluturare sunt complexe și pot arăta mai multe locații interioare ca fiind mai favorabile. Acesta din urmă favorizează, de asemenea, controlul direcțional după defectarea motorului. În cele din urmă, poziția laterală a motoarelor afectează garda la sol, o problemă de o importanță deosebită pentru avioanele mari cu patru motoare.


O altă influență a nacelelor montate pe aripă este efectul asupra clapelor. Temperatura ridicată, evacuarea „q” ridicată care afectează clapeta crește sarcina și greutatea clapetei și poate necesita o structură din titan (mai scumpă). Implicarea crește, de asemenea, rezistența, un factor semnificativ în performanța urcării la decolare după defecțiunea motorului. Eliminarea clapetei din spatele motorului reduce CLmax. Un compromis pe DC-8 a fost acela de a plasa motoarele suficient de jos, astfel încât eșapamentul să nu lovească clapeta la unghiul de decolare (25 de grade sau mai puțin) și de a proiecta o „poartă” a clapetei în spatele motorului din bord, care a rămas. la 25 grade. când restul clapetei s-a extins la unghiuri mai mari de 25 grade. Motoarele exterioare au fost plasate doar la bordul clapetei pentru a evita orice impact. Pe modelele 707, 747 și DC-10, clapeta din spatele motorului de bord este eliminată și această zonă este utilizată pentru eleronele de bord cu toate turațiile. Astfel de porți de prindere au fost aproape cu totul eliminate pe modele mai recente, cum ar fi 757 și 777.

Interferența aripii pilonului poate provoca și provoacă efecte adverse grave asupra vitezei locale în apropierea marginii anterioare a aripii. Glisarea crește și rezultă pierderile CLmax. Un pilon care depășește partea superioară a marginii anterioare este mult mai dăunător în acest sens decât un pilon a cărui margine anterioară intersectează suprafața inferioară a aripii la o coardă de 5% sau mai mult de marginea anterioară.

Pilonul original DC-8 înfășurat peste marginea din față din motive structurale. Îmbunătățirile substanțiale ale CLmax și ale creșterii tracțiunii au fost realizate de „pilonul tăiat” prezentat în figurile anterioare. Figurile de mai jos arată efectul acestei mici modificări geometrice asupra presiunilor aripilor la viteze mari.

Coeficientul de presiune în vecinătatea stâlpilor externi ai DC-8.

În plus, stâlpii aripilor sunt uneori arcuți și orientați cu atenție pentru a reduce interferențele. Acest lucru a fost testat la mijlocul anilor 1950, deși câștigul a fost mic și multe aeronave folosesc piloni necamărați astăzi.

Un dezavantaj al nacelelor montate pe pilon pe avioanele cu aripi joase este că motoarele, montate aproape de sol, tind să aspire murdărie, pietricele, pietre etc. în admisie. Poate rezulta deteriorarea gravă a lamelor motorului. Este cunoscut sub numele de deteriorare a obiectelor străine. În 1957, Harold Klein de la Douglas Aircraft Co. a efectuat cercetări asupra fizicii ingestiei de obiecte străine. El a constatat că vorticitatea existentă în aerul care înconjoară admisia motorului era concentrată pe măsură ce aerul era aspirat în admisie. Uneori s-a format un adevărat vârtej și dacă acest vârtej, cu un capăt în admisie, atingea pământul, acesta devenea stabil și aspiră obiecte mari de pe sol. Klein a dezvoltat un remediu pentru acest fenomen. Un mic jet de înaltă presiune pe porțiunea inferioară, înainte a capotei, răspândește o foaie de aer de mare viteză pe sol și rupe capătul vortexului în contact cu solul. Vortexul, care trebuie să fie continuu sau să se termine într-o suprafață, se desprinde apoi complet. Acest dispozitiv, denumit jet blowaway, este utilizat pe DC-8 și DC-10. Chiar și în cazul jetului suflabil, este necesară o gardă la sol-nacelă adecvată.

Rigiditatea pilonului a pentru motoarele montate pe aripă este o contribuție importantă la caracteristicile flutterului. De multe ori, problema de proiectare constă în dezvoltarea unui pilon suficient de puternic, care este relativ flexibil, astfel încât frecvența sa naturală să fie departe de cea a aripii.

Amplasarea motorului de fuzelaj la pupa

Când aeronavele devin mai mici, este dificil să plasați motoarele sub o aripă și să mențineți în continuare gabaritul adecvat al nacelei și al solului. Acesta este unul dintre motivele aranjamentelor de la pupa. Alte avantaje sunt:

CLmax mai mare datorită eliminării interferenței aripii-pilonului și a clapetei de evacuare, adică fără decupaje ale clapetei.
Mai puțină rezistență, în special în faza critică de urcare la decolare, datorită eliminării interferențelor aripă-pilon.
Mai puțin asimetric după o defecțiune a motorului cu motoarele aproape de fuselaj.
Înălțimea mai mică a fuselajului, permițând trenuri de aterizare mai scurte și lungimi ale scării aeriene.
Nu în ultimul rând - poate fi moda.

Centrul de greutate al avionului gol este deplasat la pupa - cu mult în spatele centrului de greutate al sarcinii utile. Astfel, este necesar un domeniu mai mare al centrului de greutate. Acest lucru duce la probleme de echilibru mai dificile și, în general, la o coadă mai mare.

Avantajul greutății aripii a motoarelor montate pe aripă se pierde.

Roțile aruncă apă pe pistele umede și pot fi necesare deflectoare speciale pe angrenaj pentru a evita ingestia de apă în motoare.

La unghiuri de atac foarte mari, nacela trezește coada T, necesară cu motoare montate pe fuselaj și poate provoca un blocaj adânc blocat. Acest lucru necesită o întindere mare a cozii care să plaseze o parte a cozii orizontale în exteriorul nacelelor.

Izolarea vibrațiilor și a zgomotului pentru motoarele montate pe fuselaj este o problemă dificilă.

Motoarele montate pe fuselaj la pupa reduc momentul de inerție la rulare. Acest lucru poate fi un dezavantaj dacă există un moment semnificativ de rulare creat de blocarea asimetrică. Rezultatul poate fi o rată de rulare excesivă la stand.

Nu în ultimul rând - s-ar putea să nu fie moda.

Se pare că într-o aeronavă de dimensiuni DC-9, aranjamentul motorului din spate este de preferat. Pentru avioanele mai mari, diferența este mică.


O nacelă montată pe fuselaj la pupa are multe probleme speciale. Pilonii ar trebui să fie cât mai scurți posibil pentru a minimiza rezistența, dar suficient de lungi pentru a evita interferențele aerodinamice dintre fuselaj, pilon și nacelă. Pentru a minimiza această interferență fără o lungime excesivă a pilonului, capacul nacelei trebuie proiectat astfel încât să minimizeze viteza locală pe dimensiunea interioară a nacelei. Pe un DC-9, un studiu al tunelului eolian a comparat carcasele cambrate și simetrice, lungi și scurte și a constatat că carcasa scurtă cambrată este cea mai bună și cea mai ușoară în greutate. Nacelele sunt cambrate atât în ​​plan, cât și în vizualizări de înălțime pentru a compensa unghiul de atac la nacelă.

Cu instalațiile motorului din spate, nacelele trebuie să fie plasate pentru a nu fi afectate de trezirile aripilor. DC-9 a fost investigat amănunțit pentru trezirile aripilor și a spoilerului și efectele unghiurilor de gălăgie, care ar putea cauza ingerarea stratului limită al fuselajului. Aici eficiența nu este preocuparea, deoarece timpul de zbor scăzut este scos, cu spoilerele deviate sau la unghi ridicat de atac. Cu toate acestea, motorul nu poate tolera distorsiuni excesive.

Proiecte cu trei motoare

Un motor central este întotdeauna o problemă dificilă. Studiile timpurii DC-10 au examinat 2 motoare pe o aripă și una pe cealaltă și 2 motoare pe o parte a fuselajului din spate și una pe cealaltă, într-un efort de a evita un motor central. Niciunul dintre acestea nu s-a dovedit de dorit. Posibilitățile motorului central sunt prezentate mai jos.

Fiecare posibilitate implică compromisuri de greutate, pierderi de intrare, distorsiuni de intrare, tracțiune, eficacitate a inversorului și accesibilitate la întreținere. Cele două utilizate în mod obișnuit sunt S-bend, care are o poziție mai mică a motorului și folosește motorul de evacuare pentru a înlocui o parte a benzii de fuselaj (economisește rezistența), dar are mai multe pierderi de admisie, un risc de distorsiune, o rezistență la carenarea afară a admisiei și taie o gaură uriașă în structura superioară a fuselajului și intrarea directă cu motorul montat pe aripă, care are o intrare aerodinamică ideală, fără distorsiuni, dar are o mică pierdere de intrare datorită lungimii intrării și a creșterii greutate structurală pentru a susține motorul.

Astfel de motoare sunt montate foarte departe în spate, astfel încât un disc de turbină rupt nu va avea impact asupra structurii de bază a cozii. Mai mult, dezvoltarea inversorului este extinsă pentru a obține o împingere inversă ridicată fără a interfera cu eficacitatea suprafeței de control. Acest lucru se realizează prin modelarea și înclinarea cascadelor utilizate pentru inversarea fluxului.

Soluțiile la problemele de întreținere ale motorului cu coadă DC-10 includ platforme de lucru încorporate și dispoziții pentru un sistem de troliu bootstrap care utilizează grinzi care sunt atașate la fitingurile încorporate în structura pilonului. Deși în prezent companiile dezvoltă sisteme de realitate virtuală pentru a evalua accesibilitatea și abordările de întreținere, proiectanții au luat în considerare aceste probleme înainte de apariția VRML. Figura de mai jos este conceptul unui artist de înlocuire a motorului DC-10 dintr-o lucrare din 1969 intitulată „Design Douglas pentru fiabilitatea și întreținerea centralelor electrice”.