Каковы были бы недостатки использования вращающегося двигателя в качестве реверсора тяги на авиалайнерах?

Каковы недостатки установки двигателей на самолет таким образом, чтобы их направление можно было регулировать гидравлически для достижения наилучших характеристик и эффективности? Идея заключалась бы в том, чтобы при посадке повернуть двигатель на 180 градусов, чтобы он мог работать как реверсор тяги, даже на таких гигантах, как Airbus A380 и Boeing 747. Это было бы серьезной реверсивной силой тяги.

Да в принципе. Но как вы управляете тем, что происходит во время перехода? Либо вы вращаетесь горизонтально и создаете огромные боковые силы, либо вы вращаетесь вертикально и пылесосите всю грязь с взлетно-посадочной полосы во время перехода.
Это будет серьезная мощность: практически достаточная для поддержания полета назад , что намного больше, чем необходимо. Это называется чрезмерная инженерия . Нынешние реверсоры тяги надежны, малы, легки, отзывчивы и не делают больше, чем необходимо.
Или весь самолет, как фигуристы в шоу.
О боже... проблемы с угловым моментом, попадание FOD, чрезмерная сложность, нехватка места, лишний вес, медленное время отклика... не говоря уже о том, что все (в настоящее время) фиксированные внешние подключения к двигателю (топливо, электричество, органы управления , и т. д.) теперь нужно было бы не фиксировать и перемещать — головная боль обслуживания только для этого вызывает раздражение. Это ужасная идея почти во всех отношениях.
В дополнение ко всем другим проблемам, которые люди называют, меня интересует риск остановки компрессора. Смогут ли двигатели поддерживать рабочие соотношения давлений при повороте назад? Конечно, обычные реверсоры тяги также могут вызывать остановку компрессора.
Помимо всех технических деталей в ответе и комментариях, вы можете отказаться от этой идеи только из-за одной проблемы: как бы вы ни пытались вращать двигатель, когда он наполовину повернут, он фактически летит при боковом ветре 140 узлов (и это минимальное число - скорость самолета может быть выше.) Сравните это с максимально допустимым боковым ветром для взлета 737-800 на мокрой взлетно-посадочной полосе, который составляет всего 27 узлов - игнорирование этого ограничения вполне вероятно приведет к "очень быстрой разборке". эксплуатации" на двигателях!
Мысленная картина: Вы действительно хотите, чтобы полная тяга всех двигателей вытягивала крылья самолета , вдавливая их в корни , или тянула крылья к земле во время раскачивания двигателей вперед-назад, особенно при посадке ?
в вашем заголовке говорится о авиалайнерах, но в тексте упоминаются самолеты. что именно тебя интересует?
Колесные тормоза большего размера дешевле, безопаснее и легче :)
@Koyovis Мне бы хотелось увидеть такую ​​​​стандартную практику посадки.

Ответы (8)

Насчет массы двигателя я бы особо не заморачивался. Это на самом деле не самая большая проблема. Вместо этого я бы гораздо больше испугался углового момента. Эта турбина имеет большой момент инерции, а также более высокую угловую скорость. Чтобы перевернуть ее, вы должны изменить угловую скорость на противоположную. По сути, это переворачивание гироскопа, но это гироскоп весом в несколько тонн.

Именно то, что я думал. Снимите переднее колесо с велосипеда и держите ось в руках (для правильного выполнения этого могут потребоваться специальные удлинители). Поверните его вверх ногами. Довольно просто. Теперь попросите кого-нибудь покрутить его и сделать то же самое (максимум 100 об/мин). Вы заметите, что это не так просто. Я не могу представить импульс реактивной турбины, вращающейся со скоростью 10 000 об/мин.
Если вы попытаетесь перевернуть гироскоп в воздухе, гироскоп попытается перевернуть вас. Так вращаются космические корабли.
И тем не менее это именно то, что делает V-22.
@Koyovis Да, поворот на 90 градусов за 12 секунд для силовой установки в десятую часть размера RB-211 747-го. Вы уедете со взлетно-посадочной полосы, прежде чем они развернутся для обратной тяги, и на коровьем пастбище, если вам когда-нибудь понадобится развернуться.
Решаемо с хорошей конструкцией : 1) боковое подруливающее устройство, похожее на реверсор тяги, для противодействия этому. 2) Пары двигателей вращаются в противоположных направлениях, в стиле А400М, компенсируя друг друга, да, я знаю, что только винты вращаются в противоположных направлениях, а не сердцевина двигателя, но держу эту мысль: 3) части каждого двигателя вращаются в противоположных направлениях друг против друга. , отключив его в двигателе; например, противоположно вращающиеся золотники или вентилятор или опора, предназначенная для вращения против золотников (половина двигателей A400).
Ну, вращение в противоположном направлении или нет, величина крутящего момента, необходимая для вращения работающей турбины, чрезмерна, и сила, которую вы должны приложить из любой фиксированной точки (даже если она уравновешивается другим вращением), означает структуру, которую вы строите вокруг этой фиксированной точки. должен быть чрезвычайно вынослив. Подшипники и ось, скорее всего, сделают «ротатор» больше, чем машинное отделение...
@Harper Множество инженерных разработок, прикрученных к плохому дизайну, не делает его хорошим.

Первым недостатком будет скорость отклика. Двигатель большой и тяжелый, так что вы не сможете развернуть все это за десятую долю секунды. На самом деле, это займет несколько секунд, чтобы раскрутить его. Традиционный реверсор тяги перемещает только очень небольшую массу (маленькие закрылки и т. д.), поэтому может реагировать гораздо быстрее.

Вторым недостатком будет вес. Любой тип системы вращения будет очень тяжелым. Вы будете летать с тысячами фунтов, которые используются всего несколько секунд во время всего полета.

В-третьих, надежность/безопасность. Что произойдет, если ваш двигатель заглохнет, когда вы этого не хотите? Например, что произойдет, если система вращения выйдет из строя, и вы будете вращать один двигатель во время взлета? Это явно было бы плохо. Вам нужно спроектировать систему таким образом, чтобы вероятность случайного разворота практически равнялась нулю. Это возможно, но это приведет к большим затратам на систему.

Будут только недостатки и небольшие практические проблемы, например, как воздух поступает в двигатель, когда воздухозаборник обращен назад, а мы только что приземлились на скорости 150 узлов.

Современные реверсоры тяги обеспечивают около 50-60% реверсивной тяги, а вес системы составляет от 15 до 20% сухого веса двигателя. Они очень полезны на мокрых и обледенелых взлетно-посадочных полосах, но их нужно носить с собой по всему миру, потому что они несколько раз меняют ситуацию.

На самом деле был отчет НАСА под названием « Почему авиакомпании хотят и используют реверсоры тяги?» указав на все вышеперечисленные недостатки, упомянув, что экономия на тормозах меньше, чем стоимость реверсоров тяги, и изучив, какие альтернативы хотели бы авиакомпании. Основной интерес представляло использование вентиляторов с переменным шагом, чтобы вентилятор мог создавать обратную тягу, как гребные винты. Весит меньше, чем классический реверсор тяги.

Обновлять

Статья 1972 года из журнала Flight Magazine о разработке канальных вентиляторов с регулируемым шагом. Это действительно работало: он мог создавать обратную тягу за счет регулировки шага лопастей вентилятора. Проверенный рабочий дизайн, всегда лучший вариант!

введите описание изображения здесь

Кажется, что вентилятор с переменным шагом будет иметь много разных проблем, в основном связанных с влиянием на поток воздуха к компонентам, расположенным ниже по потоку, таким как компрессор низкого давления. Поток воздуха через сердечник должен оставаться беспрепятственным, чтобы сердечник продолжал работать. Похоже на ожидание помпажа компрессора. Кроме того, не будут ли лопасти ударяться о соседние лопасти, когда они вращаются с отрицательным шагом? В противном случае для предотвращения этого пришлось бы уменьшить ширину лопастей.
Да, в самом деле. В моем старом учебнике упоминается решение, разработанное Dowty-Rotol, но оно, очевидно, не вошло в мейнстрим.
@reirab И все же у «Прогресса Д-27» нет проблем с работой. Кроме того, собственно двигатель - это не что иное, как современный пикирующий агрегат или двигатель эсминца (авиационного типа, а не огромного чугунного основания), он не обязательно должен быть осевым по отношению к вентилятору, или его впуск может быть каналом от в другом месте (727/L1011).

Самолеты потеряют способность внезапно прерывать посадку.

Если что-то непредвиденное происходит непосредственно перед или даже сразу после приземления, у пилотов есть возможность сдаться, установить максимальную тягу и «снова взлететь». Затем попробуйте снова приземлиться, возможно, в другом месте, в зависимости от проблемы. Это важная функция безопасности.

Если реверсоры тяги выключаются намного медленнее, требуя возврата двигателей в исходное положение, эта мощность значительно снижается. Таким образом, менее безопасно, если вы не можете сделать это так же быстро, как современные реверсоры тяги.

Может быть, кто-то, кто летает на авиалайнере, может меня поправить, но у меня сложилось впечатление, что развертывание реверсора тяги в любом случае означает совершение посадки на большинстве (или на всех?) авиалайнерах. См., например , Почему вы должны совершать посадку с полной остановкой, если выбрана обратная тяга?

Некоторые самолеты (катера с вертикальным взлетом и посадкой) могут делать что-то относительно похожее с переменным направлением тяги. В списке самолетов вертикального взлета и посадки следует отметить, что вращение обычно происходит либо из-за воздуховодов (например, Harrier Jump Jet ), либо из-за вращения поверхностей крыла (например, Bell V-22 Osprey ) .

Глядя на крыло A380, ни один из них не осуществим (так как 747 очень похож)

Самым безопасным способом вращения двигателя было бы наклонить его назад, чтобы он все еще обеспечивал подъемную силу перед реверсированием (рыскание могло бы создать всевозможный хаос в планере и управлении). Так что пришлось бы вращать двигатель на пилоне. Это означает больший пилон и некоторый способ перемещения двигателя, чтобы корпус мог выполнять обратный шаг. Но для этого недостаточно места. Придется как-то сначала выдвинуть двигатель перед крылом, а потом вращать его вокруг своей оси. Это много работы для небольшой выгоды.

Можете ли вы уточнить, как рыскание может вызвать проблемы? Дело в том, что крыло не рассчитано на сжимающие нагрузки по всей длине, или в чем-то еще? Я бы предположил, что рыскание будет происходить в противоположных направлениях на противоположных крыльях, так что, по крайней мере, у вас не будет чистой тяги вне оси.
@MichaelSeifert Я не эксперт по планерам, но даже если вы повернули все двигатели для уравновешивания, вы добавляете к раме некоторое напряжение сжатия, делая рыскание вместо тангажа. Если хотя бы один из них сбит, теперь вы рискуете потерять управление в критические моменты перед приземлением.
Корабль с 4 двигателями, поверните двигатели так, чтобы вентиляторы были направлены в сторону от фюзеляжа - в итоге вы получите горячий выхлоп, направленный на фюзеляж, а внешний двигатель пытается расплавить внутренний. Поверните так, чтобы вентиляторы были направлены к фюзеляжу, теперь вы ограничены только внутренним двигателем, пытающимся расплавить внешний. (О, и у вас есть один двигатель, выпускающий воздух прямо в воздухозаборник другого, в какую бы сторону они ни вращались.)
Вы в основном (после 90 градусов вращения) в конечном итоге получите 4 аэродинамических тормоза такой большой поверхности, вам нужно будет нырять очень круто, чтобы избежать сваливания, и, возможно, нырять перевернутым (представьте момент тангажа).
@qqjkztd Реверсоры тяги обычно не задействуются в воздухе. Они обычно развертываются после приземления.

Современные реверсоры тяги позволяют самолетам приземляться на том же или меньшем расстоянии, на котором они могут взлетать, без необходимости использования огромных шасси и тормозов. Сокращение посадочной дистанции не поможет с более короткими аэродромами, если только не будет сокращена взлетная дистанция. В противном случае самолет будет находиться в этом маленьком аэропорту, пока его не разберут и не увезут на грузовике.

Вот видео C17 , который направлялся на авиабазу Макдилл, но случайно приземлился в небольшом неконтролируемом региональном аэропорту. Небольшая проблема, так как взлетно-посадочная полоса была 3400 футов в длину, а C17 имеет разбег 3500 футов. Разгрузка груза, минимум топлива и очень смелый пилот оторвет его от земли.

Таким образом, более мощный реверсор тяги добавил бы стоимость, вес, сложность и больше точек отказа, не принося никакой реальной пользы. Можно сократить взлетную дистанцию ​​с помощью конструкции STOL, но это также сократит посадочную дистанцию ​​за счет более низкой минимальной воздушной скорости.

Наконец, рассмотрим один современный самолет с вращающимися двигателями: V22 Osprey. У него был очень сложный цикл разработки, растянувшийся на 20 лет. Когда компания Bell разработала уменьшенную версию V280 Valor для армии США, они решили вращать не двигатели, а только головки роторов с продуманной конической зубчатой ​​передачей, приводимой в движение установленными на фюзеляже турбинами.

Есть один класс самолетов, которые делают именно это, современные воздушные корабли Zepplin NT. У них есть двигатели на внешних такелажниках, которые могут вращаться, чтобы обеспечить тягу вперед, назад, вверх или вниз (в дополнение к фиксированной толкающей опоре).

Кроме того, у них есть винт в задней части, установленный на вращающемся воротнике, который можно направить под прямым углом к ​​корпусу в любом направлении, чтобы обеспечить возможность толкать корму (а также контролировать тангаж).

введите описание изображения здесь Источник изображения

Не во всех отношениях самые простые вещи для пилотирования.

Тем не менее, название касается авиалайнеров ... Вращение вентиляторов на очень медленном дирижабле сильно отличается от вращения чудовищного ТРДД с большим байпасом на авиалайнере на посадочной скорости авиалайнера.
Совсем не уверен, поэтому спрошу: винты продолжают вращаться, пока двигатели меняют направление, или они их останавливают? Ведь они не нужны для удержания корабля в воздухе, всю подъемную силу обеспечивает гелий.
Те, что я видел в полете, не останавливают пропеллеры, но я подозреваю, что двигатель на самом деле зафиксирован, и для привода винта используется коническая шестерня.
@reirab разве цеппелины эпохи Гинденбурга не считались «авиалайнерами»? ;)

«Серьезная» мощность реверсирования тяги может привести к увеличению тангажа на малых скоростях. Реверс тяги ограничен, чтобы ограничить количество положительного движения по тангажу, которое может поставить самолет на хвост (особенно в неподвижном состоянии и при нажатии на тормоза).

Каковы были бы недостатки использования вращающегося двигателя в качестве реверсора тяги на авиалайнерах?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v