T-peräsin ja moottorien sijoittelu
Juza Erti
huomasin tässä vähän aikaa sitten, että en ole viime aikoina kysynyt mitään.
Pelästyin poikkeuksellista tilannetta itsekkin, joten päätin korjata
tilanteen välittömästi ;-).
Viimeaikaisissa threadeissa on jonkin verran keskusteltu myös
aerodynamiikasta. Täten ajattelin esittää pienoisen kysymyksen koskien
matkustajasuihkukoneen peräsimen mallia, sekä moottorien sijoittelua.
Eli, mistä johtuu se, että esim. DC-9 - ja Boeing 727 - tyyppisissä koneissa
on ns. T-peräsin, mutta uudemmissa koneissa ei sellaista ole? Ts. mihin
T-peräsimen käyttö perustuu? Mitkä ovat sen konkreettiset "hyödyt" ja
"haitat" ? Onko lentokonesuunnittelun kannalta joitakin aerodynamiikkaan
perustuvia "sääntöjä", jonka määräävät millainen peräsin on koneen kannalta
optimaalisin?
Entäpä tuo moottoreiden sijainti? Miksi suurimmassa osassa uudemmista
koneista moottorit on sijoitettu siipiin, eikä runkoon? Luulisi ns.
maalaisjärjellä, että moottori siivessä "häiritsee" siiven esim.
laminaarivirtausta. Toisekseen moottorin luulisi painollaan aiheittavan
siivelle ylimääräistä rasitusta (= lisää tukirakenteita siiven konstruktioon
= lisää painoa = lisää kustannuksia).
Tällaisia kyseli tällä kertaa....
Juza
Tero Hannula
> Entäpä tuo moottoreiden sijainti? Miksi suurimmassa osassa uudemmista
> koneista moottorit on sijoitettu siipiin, eikä runkoon? Luulisi ns.
> maalaisjärjellä, että moottori siivessä "häiritsee" siiven esim.
> laminaarivirtausta. Toisekseen moottorin luulisi painollaan aiheittavan
> siivelle ylimääräistä rasitusta (= lisää tukirakenteita siiven
> konstruktioon = lisää painoa = lisää kustannuksia).
Siipiin sijoittamisella on ainakin kaksi etua: kaikkia polttoaineputkia ei
tarvitse vetää rungon kautta, jolloin rungon pettäminen kesken lennon ei
vaaranna polttoaineen syöttöä.
Toinen etu on juuri tuo moottorien painon siirto siipiin. Jos moottorit
ovat rungossa, niiden paino osaltaan taivuttaa siipeä. Jos vielä kaikki
polttoaineetkin olisivat rungossa, pitäisi siiven olla (ison koneen
tapauksessa) jo tolkuttoman vääntöjäykkä eli raskas ja paksu eli
aerodynamiikaltaan huonompi.
Moottorin sijainti siivessä tuskin parantaa siiven aerodynamiikkaa tai sen
kykyä välttää etusektorissa olevan tavaran imeytymistä moottoreihin.
Matkustamon melukin tahtoo nousta. Mitenkähän käy tulevaisuudessa
propfanien kanssa? Pyrstöön ne menevät ilmeisen helposti, kuten on nähty.
Eli kompromisseista on kyse.
- Tero
John Öström
viestissä:a68c8m$i1q$1...@tron.sci.fi...
> Eli, mistä johtuu se, että esim. DC-9 - ja Boeing 727 - tyyppisissä
koneissa
> on ns. T-peräsin, mutta uudemmissa koneissa ei sellaista ole? Ts. mihin
> T-peräsimen käyttö perustuu? Mitkä ovat sen konkreettiset "hyödyt" ja
> "haitat" ? Onko lentokonesuunnittelun kannalta joitakin aerodynamiikkaan
> perustuvia "sääntöjä", jonka määräävät millainen peräsin on koneen
kannalta
> optimaalisin?
T-pyrstö on aerodynaamisesti tehokkaampi kuin tavanomainen ratkaisu
(sijoittaminen toisen aerodynaamisen pinnan kärkeen kasvattaa sen
aerodynaamista sivusuhdetta huomattavasti). Korkeusvakaimen aerodynaamisen
keskiön etäisyyttä siiven aerodynaamisesta keskiöstä voidaan näin kasvattaa
ilman takarungon pidennystä. Näin saavutetaan korkeusperäsimelle/-vakaimelle
pidempi momenttivarsi (pinta-alaa voidaan vähentää -> vastus pienenee).
Toisaalta se on myös rakenteellisesti vaikeampi toteuttaa ja
"flutteriherkempi". Kyseisissä koneissa korkeusvakain pitää tietysti
sijoittaa pois moottorien suihkuvirtauksesta. Toisaalta korkeusvakain pitää
sijoittaa mahdollisimman kauas äänilähteistä rakenteen akustisen väsymisen
vuoksi. "Aerodynaamiset säännöt" riippuvat niin monesta asiasta, ettei
mitään yksiselitteistä ole. Kaikki on tapauskohtaista. Muita yhtäkkiä
mieleen tulevia seikkoja ovat myös siiven alastaitteen vaikutukset ja
sakkaustilanteessa korkeusvakaimen mahdollinen jääminen siiven virtauksen
"katveeseen" (supersakkaus).
> Entäpä tuo moottoreiden sijainti? Miksi suurimmassa osassa uudemmista
> koneista moottorit on sijoitettu siipiin, eikä runkoon? Luulisi ns.
> maalaisjärjellä, että moottori siivessä "häiritsee" siiven esim.
> laminaarivirtausta. Toisekseen moottorin luulisi painollaan aiheittavan
> siivelle ylimääräistä rasitusta (= lisää tukirakenteita siiven
konstruktioon
> = lisää painoa = lisää kustannuksia).
Tästä on sitten kahta koulukuntaa. Alunperin englantilaiset aloittivat
moottorien sijoittamisen takarunkoon (á la Caravelle). Myöhemmin myös
McDonnell omaksui tämän tavan. Asiasta on väitelty ikuisuudet ja kummallekin
tavalle on olemassa hyvät ja huonot puolensa. Valinta riippuu tietysti
sitten kokonaisuudesta...
Moottorit siivissä
Edut:
Moottorien ja pylonien massa vähentää siiven taivutusmomenttia
(positiivisilla kuormitusmonikerroilla)
Sijoitus elastisen akselin etupuolelle vähentää siiven flutteria
Moottorien helppo huollettavuus, vaihdettavuus jne.
Pyloni muodostaa siipeen ns. rajakerrosaidan -> lentokoneen pituus- ja
suuntavakavuus paranee suurilla kohtauskulmilla
Moottorit lähellä painopistettä -> kuormauksen vaikutus painopisteasemaan
vähenee
Polttoaineen syöttö, hydrauli- yms järjestelyt helppo järjestää
"Puhdas virtaus" moottorille (eli rungon virtaukset ei vaikuta,
sivuluisutilanteessa ei jää katveeseen yms.)
Moottorit rungossa
Edut:
Vähäinen epäsymmetrinen työntövoima moottorihäiriö tilanteissa
Aerodynaamisesti puhdas siipi (saattaa kuitenkin joissain tilanteissa
vaatia rajakerrosaitoja)
Turvallisempi pakkolaskutilanteissa (moottorit eivät heti ota maahan)
FOD-ongelmat vähäisempiä
Laskuteline voi olla lyhempi -> matalampi kone, helpompi kuormata jne.
Kummankin tapuksen haitat voi helposti päätellä noista.
Tässä oli nyt jotain valintaan vaikuttavia kriteereitä. Niitä on varmasti
vaikka kuinka paljon lisää. Viestin pointti on siis se, että kaikki
vaikuttaa kaikkeen ja suunnittelu on aina tapauskohtaista. Vaikuttaa kyllä
sille, että moottorien sijoitus siipiin alkaa valtaamaan alaa...
> Juza
John
Janne Saarijarvi
John Öström <jos...@cc.hut.fi> wrote in article
<a69nfi$u0h$1...@nntp.hut.fi>...
> Moottorit siivissä
>
> Edut:
> Moottorien ja pylonien massa vähentää siiven taivutusmomenttia
> (positiivisilla kuormitusmonikerroilla)
> Sijoitus elastisen akselin etupuolelle vähentää siiven flutteria
> Moottorien helppo huollettavuus, vaihdettavuus jne.
> Pyloni muodostaa siipeen ns. rajakerrosaidan -> lentokoneen pituus- ja
> suuntavakavuus paranee suurilla kohtauskulmilla
> Moottorit lähellä painopistettä -> kuormauksen vaikutus
painopisteasemaan
> vähenee
> Polttoaineen syöttö, hydrauli- yms järjestelyt helppo järjestää
> "Puhdas virtaus" moottorille (eli rungon virtaukset ei vaikuta,
> sivuluisutilanteessa ei jää katveeseen yms.)
Entäs ainakin joissakin itäisen naapurin aikoinaan rakentamissa
militäärikuljetuskoneissa käytetty tapa moottorit siiven yläpuolelle.
Luonnollisesti huonoilla kentillä operoitaessa (ko maassa tärkeä pointti)
iso plussa, huoltaminen tietysti hiukan hankalampaa, mutta mitä tuo
vaikuttaa lento-ominaisuuksiin verrattuna perinteiseen siiven alapuoliseen
asennukseen? Matkustajajettien alkuaikoinahan oli myös koneita joissa
moottorit olivat "integroitu" siipeen, luulisi ainakin siiven
lujuusrakenteiden (salot) suunnittelijoille antavan kovasti uusia hasteita,
ja voiman välitys ohjainpinnoillekin saa varmaan uusia vaatimuksia?
Janne
Petri Nygren
> Entäs ainakin joissakin itäisen naapurin aikoinaan rakentamissa
> militäärikuljetuskoneissa käytetty tapa moottorit siiven yläpuolelle.
> Luonnollisesti huonoilla kentillä operoitaessa (ko maassa tärkeä pointti)
> iso plussa, huoltaminen tietysti hiukan hankalampaa, mutta mitä tuo
> vaikuttaa lento-ominaisuuksiin verrattuna perinteiseen siiven alapuoliseen
> asennukseen?
Tarkoittanet An-72/74 -malleja, joissa moottorit puhaltavat siiven yläpintaa
pitkin. Tämä yhdistetynä tehokkaisiin fowler-laippoihin tuottaa
STOL-ominaisuuksia parantavaa lisänostovoimaa.
Petri
Jouni Laukkanen
Itseasiassa samankaltaista systeemiä käytettiin
MiG-21bis -torjuntahävittäjässä, jossa
SPS-järjestelmä syötti laskusiivekkeiden
yläpinnalle (näiden ollessa avattuna)
vuodatusilmaa moottorilta.
J.
Ilari Lehtinen
news:vc_h8.51$U64....@read2.inet.fi...
Vaihtoehtoisesti Berievin merikoneet joista useimmissa ei ainakaan kuvien
perusteella ole samanlaista nostovoiman lisäystä - moottorit tökätty sen
verran ylös ja joissakin tapauksissa myös siiven taakse / ylös. Johtunee
vesivahinkojen estämisestä :)
-Ilari
Petri Nygren
> > Tarkoittanet An-72/74 -malleja, joissa moottorit puhaltavat siiven
yläpintaa
> > pitkin. Tämä yhdistetynä tehokkaisiin fowler-laippoihin tuottaa
> > STOL-ominaisuuksia parantavaa lisänostovoimaa.
>
> Itseasiassa samankaltaista systeemiä käytettiin
> MiG-21bis -torjuntahävittäjässä, jossa
> SPS-järjestelmä syötti laskusiivekkeiden
> yläpinnalle (näiden ollessa avattuna)
> vuodatusilmaa moottorilta.
>
> J.
Plus että joka ikinen navajo / atsteekki ym. joka tuolla kentillä hyörii
hyötyy samasta ilmiöstä.
T: Petri
Matti Heikkilä
John Öström <jos...@cc.hut.fi> kirjoitti
viestissä:a69nfi$u0h$1...@nntp.hut.fi...
> "Juza Erti" <ju...@housefunky.com.nospam> kirjoitti
> viestissä:a68c8m$i1q$1...@tron.sci.fi...
> McDonnell omaksui tämän tavan. Asiasta on väitelty ikuisuudet ja
kummallekin
> tavalle on olemassa hyvät ja huonot puolensa. Valinta riippuu tietysti
> sitten kokonaisuudesta...
Pilkun viilausta: Caravelle on kylläkin ranskalainen, vaikkakin ohjaamo
olikin kopioitu muistaakseni englantilaisten Cometista.
Matti
John Öström
viestissä:a6a20f$e69$1...@news.koti.tpo.fi...
> Pilkun viilausta: Caravelle on kylläkin ranskalainen, vaikkakin ohjaamo
> olikin kopioitu muistaakseni englantilaisten Cometista.
Totta. Valmistaja on siis Sud-Aviation, mutta englantilaisilla (de
Havilland) oli myös vaikutusta konseptin syntymiseen. de Havillandin
vaikutus oli kai aika huomattava koneen suunnittelussa. Heiltä Sud-Aviation
sai apua aerodynamiikkaan lähinnä Cometien kokemusten perusteella.
> Matti
John
Mikko Hyvarinen
news:a68qfv$r4s$1...@oravannahka.helsinki.fi...
> Siipiin sijoittamisella on ainakin kaksi etua: kaikkia polttoaineputkia ei
> tarvitse vetää rungon kautta, jolloin rungon pettäminen kesken lennon ei
> vaaranna polttoaineen syöttöä.
Se on hyvä, näin moottorit voivat jatkaa matkaa myös ilman runkoa.
> Toinen etu on juuri tuo moottorien painon siirto siipiin. Jos moottorit
> ovat rungossa, niiden paino osaltaan taivuttaa siipeä.
???
Juza Erti
news:a6aqg5$jfr$1...@tron.sci.fi...
> > ovat rungossa, niiden paino osaltaan taivuttaa siipeä.
>
> ???
Nuo kysymysmerkit ilmeisesti tarkoittavat sitä, että asia kaipaa
lisäselvennystä. Itse ymmärsin tuon Mr. Hannulan kommentin siten, että
siipien taipunen ylöspäin nousussa vähenee, kun siipiin asennettujen
moottorien massa painaa siipiä "alaspäin". Täten siis käänteisesti : kun
koneen rungossa on kiinni kahden moottorin verran massaa, niin siivet
taipuvat vielä moottorien "massan verran" ylöspäin, kun nostetta alkaa olla.
Jos minäkin ymmärsin väärin, niin Mr. Hannula korjannee... ;-)
T: J.
Tero Hannula
>> Siipiin sijoittamisella on ainakin kaksi etua: kaikkia polttoaineputkia
>> ei tarvitse vetää rungon kautta, jolloin rungon pettäminen kesken lennon
>> ei vaaranna polttoaineen syöttöä.
>
> Se on hyvä, näin moottorit voivat jatkaa matkaa myös ilman runkoa.
Rungon paineistuksen pettämisiä (siis sellaisia, joihin liittyy
runkorakenteiden pettäminen ja räjähdysmäinen paineen aleneminen) on
sattunut ja tulee sattumaan. Joissakin tapauksissa ohjauskyky on mennyt,
kun paineisku on katkonut ohjaimille vievät kaapelit/hydrauliputket. Yhtä
hyvin voisi mennä polttoaineen syöttö. Ohjainlinjat on aika pakko vetää
rungon kautta, kaikkia polttoainelinjoja ei välttämättä (siipimoottorien
tapauksessa).
>> Toinen etu on juuri tuo moottorien painon siirto siipiin. Jos moottorit
>> ovat rungossa, niiden paino osaltaan taivuttaa siipeä.
>
> ???
Ajatuskoe: laitetaan koneen massasta lähes kaikki, esim. 90 %, runkoon,
siipiin ei mitään muuta kuin siiven omat rakenteet. Verrataan tätä sitten
tavanomaiseen tilanteeseen, jossa koneen massasta esim. puolet on siivissä
(siipi + polttoaine + moottorit).
Tarkastellaan näitä tapauksia ihan tavallisessa vaakalennossa. Runko ei
tuota kovinkaan merkittävää määrää nostetta, lähes kaikki noste tulee
siivistä. Kumpi esimerkkitapaus aiheuttaa siipeen suuremmat taivutusvoimat
(tai vääntövoimat, siis ylös-alas -suunnassa)?
Veikkaisinpa, että tavanomainen "siipiin kuormitettu" lähestymistapa
tekee riittävän taivutusjäykkyyden toteuttamisen helpommaksi.
Perusteltuja vastaväitteitä kuunnellaan.
- Tero
Nils Rostedt
Tero Hannula wrote ...
>
> >> Toinen etu on juuri tuo moottorien painon siirto siipiin. Jos moottorit
> >> ovat rungossa, niiden paino osaltaan taivuttaa siipeä.
> >
> > ???
>
> Ajatuskoe: laitetaan koneen massasta lähes kaikki, esim. 90 %, runkoon,
> siipiin ei mitään muuta kuin siiven omat rakenteet. Verrataan tätä sitten
> tavanomaiseen tilanteeseen, jossa koneen massasta esim. puolet on siivissä
> (siipi + polttoaine + moottorit).
>
> Tarkastellaan näitä tapauksia ihan tavallisessa vaakalennossa. Runko ei
> tuota kovinkaan merkittävää määrää nostetta, lähes kaikki noste tulee
> siivistä. Kumpi esimerkkitapaus aiheuttaa siipeen suuremmat taivutusvoimat
> (tai vääntövoimat, siis ylös-alas -suunnassa)?
>
> Veikkaisinpa, että tavanomainen "siipiin kuormitettu" lähestymistapa
> tekee riittävän taivutusjäykkyyden toteuttamisen helpommaksi.
>
> Perusteltuja vastaväitteitä kuunnellaan.
>
> - Tero
Teron väittämissä taitaa kyllä olla perää. Muistelen nettikeskustelua Boeing
747:sta, jonka kuormausohjeessa jopa kielletään lentoonlähtö (tai lasku)
ellei siipisäiliöissä ole riittävästi polttoainekuormaa rungossa olevaan
kuormaan (matkustajat + runkosäiliöt) verrattuna.
Ääriesimerkki tästä lähestymistavasta on NASA:n miehittämätön
aurinkovoimalla kulkeva Helios-lentokone, joka on itse asiassa suuri lentävä
siipi ja moottorit sijoitettu tasaisin välein pitkin siiven etureunaa.
Jättämällä runko pois saadaan siipeä taivuttavat voimat minimoitua ja siiven
kantava rakenne voidaan tehdä mahdollisimman kevyeksi.
- Nils
Mikko Hyvarinen
> Rungon paineistuksen pettämisiä (siis sellaisia, joihin liittyy
> runkorakenteiden pettäminen ja räjähdysmäinen paineen aleneminen) on
> sattunut ja tulee sattumaan. Joissakin tapauksissa ohjauskyky on mennyt,
> kun paineisku on katkonut ohjaimille vievät kaapelit/hydrauliputket.
Teoreettisesti mahdollista, mutta enpä muista, että tuollaista olisi
juuri tapahtunut, jos koskaan. Moottoreita on sentään vähintään
kaksi, polttoaineputkia kummallakin puolen konetta + kahdet
ohjainvaijerit.
> Ajatuskoe: laitetaan koneen massasta lähes kaikki, esim. 90 %, runkoon,
> siipiin ei mitään muuta kuin siiven omat rakenteet. Verrataan tätä sitten
> tavanomaiseen tilanteeseen, jossa koneen massasta esim. puolet on siivissä
> (siipi + polttoaine + moottorit).
Näinpä, mutta siiven pitää joka tapauksessa kestää moninkertai-
sesti koneen massan aiheuttama rasitus. Suurin syy sijoittaa moottorit
siiven alle on se, että koneeseen saadaan näin mahtumaan hiukan
enemmän istuimia. Toinen syy on moottoreiden helpompi huolletta-
vuus.
Kartsa
>
> T-pyrstö on aerodynaamisesti tehokkaampi kuin tavanomainen ratkaisu
>
>
> Vähäinen epäsymmetrinen työntövoima moottorihäiriö tilanteissa
Käytännössä T-pyrstöllä on myös (korkeusvakaajan jäädessä rungon
jättövirtaukseen) helposti taipumus olla vähän tehoton korkeusohjauksen
suhteen suurella kohtauskulmalla jo selvästi sakkausnopeutta suuremmalla
nopeudella, mikä voi huonontaa koneen ohjausominaisuuksia laskun
loppuvaiheessa.
Ohjausteknisesti tarkasteltuna siipimoottorit aiheuttavat moottorihäiriössä
esiintyvän "sivuttaisvänkäyksen" lisäksi myös melkoisia nokka
ylös/alas-momenttimuutoksia tehonmuutosten yhteydessä, mitä taas takarunkoon
sijoitetut moottorit eivät yleensä tee. Sehän on tietystikin vain huomioon
otettava ominaisuus, ei varsinainen ongelma.
FOD-ongelmat eli moottoriin joutuneista, sinne kuulumattomista roippeista
aiheutuvat moottorivauriot taitavat kylläkin olla isompi ongelma
perärunkomoottorisille koneille kuin siipimoottorisille. Perärunkomoottorit
imevät lentoonlähdössä ahnaasti sisälleen koneen renkaiden ilmaan heittämät
epäpuhtaudet ja siivistä irronneet jääpalat, kun taas siipimoottorit
työskentelevät "puhtaassa virtauksessa". Rullausnopeuksilla
perärunkomoottorit ovat kyllä paremmin turvassa kenttien rullausalueiden
lumivalleilta ja venäläisiltä kulkukoirilta.
t. kartsa
lumileikkien ja kulkukoirien ystävä
Juza Erti
kattavia.
Thank u, gentlemen! ;-)
- Juza
Tero Hannula
> Teoreettisesti mahdollista, mutta enpä muista, että tuollaista olisi
> juuri tapahtunut, jos koskaan.
Esimerkkejä näistä "teoreettisista" tapauksista:
American Airlines DC-10-10, startti Detroitista kesäkuussa -72. Rahtiovi
irti nousussa 12 000 ft korkeudella, paineisku rikkoi hydrauli- ja
ohjauslinjat, moottorien avulla ohjaamalla takaisin kentälle. Sinänsä aika
uskomatonta. 17 vuotta myöhemmin lähes sama uusiksi (ks. alla UA232).
Air India DC-10-10, lento Pariisista Lontooseen maaliskuussa -74. Rahtiovi
oli suljettu väärin, aukesi lennolla (jälleen). Paineen ulospurkautuminen
rikkoi hydraulilinjat, jolloin konetta ei voitu enää ohjata. Kone syöksyi
täydellä nopeudella (yli 800 km/h) metsään, 346 matkustajaa. DC-10:n maine
meni.
Japan Air Lines, konetyyppi B747-SR, startti Tokiosta elokuussa -85.
Matkustamon perässä olevan paineseinän huonosti tehty korjaussauma petti 7
vuotta korjauksen jälkeen. Paineisku rikkoi peräsimen, korkeusvakaajan ja
kaikki hydraulilinjat, kone ohjauskelvoton. 30 minuutin kiertelyn jälkeen
parturoi vuoren huipussa olevat puut ja törmäsi seuraavaan vuorenseinään.
524 matkustajaa, 4 selvisi.
United Airlines, lento UA232 Denveristä Chicagoon heinäkuussa -89, kone
DC-10-10. Hieman erilainen mutta samankaltainen tapaus kuin nuo muut.
2-moottorin (pyrstössä) puhaltimen napa halkesi kesken lennon pinnalla 370,
ihmiset kuulivat paukahduksen maassa. Sinkoilevat moottorin osat rikkoivat
kaikki hydrauliputket koneen perässä, kone ohjauskelvoton, vauriot
peräsimessä kampesivat lisäksi konetta koko ajan oikealle, trimmiä ei voitu
säätää hitaamman nopeuden mukaiseksi hydrauliikan puutteen vuoksi, sama
juttu laipoilla ja jarruilla. Neljän miehen voimin moottoreilla ohjaamalla
Sioux Cityn (Iowa) suljetulle sotilaskentälle, hallinnan menetys
kynnyksellä, raju maakontakti, koneen täystuho, 270 matkustajasta 185
selvisi.
Nämä tapaukset tuli ensimmäisenä mieleen. Muita tapauksia (kuten se
Hawaijin tapaus ja Unitedin jumbo, josta lähti seinä kesken lennon)
löytynee, kun hieman selaa.
- Tero
Mikko Hyvarinen
> Esimerkkejä näistä "teoreettisista" tapauksista:
Ainut, mikä jotenkin sivuaa tätä moottoriensijoitusproblematiikkaa
on tuo Sioux Cityn DC-10 -onnettomuus. Siinäkin moottori oli joka
tapauksessa hajalla, joten rikkinäisellä polttoaineputkella ei ollut
mitään vaikutusta. Hydrauliputkia ja/tai vaijereitahan koneen pyrstöön
kulkee joka koneessa.