Warum wurden die Airbus A330-Triebwerke nicht mit einem System zum Stoppen ihrer Lüfter entwickelt?

Komplexität und Gewicht, was Fluggesellschaften am meisten hassen.

Wurde es schon einmal gemacht? Jep. Eine Variante des Convair B-36 Peacemaker war in der Lage, das Windmühlen zu stoppen, wenn die Strahltriebwerke nicht benötigt wurden (diese Variante hatte 6 Kolbenmotoren und 4 Strahltriebwerke).

( Quelle )

Die Metallblätter, die den Einlass füllten, verhinderten, dass sich die Düsen im Wind drehten, als die B-36 für lange Zeit mit ausgeschalteten Düsen kreuzte. Die Blütenblätter wurden eingefahren, damit die Strahltriebwerke für zusätzlichen Schub beim Start und bei Hochgeschwindigkeitsfahrten gezündet werden konnten. Eine Strebe stützt die Gondel gegen ein Schwingen von einer Seite zur anderen.

Dies für die Motoren mit großem Durchmesser für diesen sehr seltenen Motorausfall hochzuskalieren, ist nicht kosteneffektiv. Stattdessen können Flugzeuge Vibrationen und Flattern überleben und werden ausführlich darauf getestet .

Wie selten ist sehr selten?

In den 1970er Jahren hatte die fortschreitende Technologie die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass zweimotorige, turbinengetriebene Flugzeuge die 60-Minuten-Betriebsbeschränkung [entfernt vom nächsten Flughafen] sicher überschreiten konnten. Das Ergebnis war ETOPS, das 1985 mit einer 120-minütigen Umleitungsberechtigung und der Anforderung einer durchschnittlichen Motorabschaltrate (IFSD) von nur 0,05 pro 1.000 Motorstunden begann. Mit der 180-Minuten-ETOPS-Autorität, die 1988 folgte, wurde ein noch strengeres Zuverlässigkeitsziel von nur 0,02 IFSDs pro 1.000 Motorstunden festgelegt ( Boeing , 2003).

Basierend auf allgemeinen Konstruktionsprinzipien gibt es mehrere Gründe, warum eine solche Verriegelungsvorrichtung bestenfalls nicht hilfreich und schlimmstenfalls gefährlich sein könnte:

• Es wäre ein weiteres System, das Gewicht und Komplexität hinzufügt.
• Es würde zusätzlichen Platz einnehmen, der nicht verfügbar ist, und die Schaffung dieses Platzes würde die Aerodynamik und das Gewicht beeinflussen.
• Es wäre ein weiteres System, das überprüft und gewartet werden müsste.
• Wenn es versagt, versagt es auf eine Weise, die dazu führt, dass ein laufender Motor anhält, wodurch eine gefährliche Situation entsteht, oder versagt es auf eine Weise, die es nicht besser macht, als es überhaupt nicht zu haben?
• Ist es zuverlässiger als das Strahltriebwerk?
• Es gibt Situationen, in denen Windmilling wünschenswert ist, wodurch das Betätigen der Bremse zu einer weiteren Sache wird, für die sich die Piloten entscheiden müssen. Lohnt sich die kognitive Belastung der Piloten?

Triebwerksausfälle jeglicher Art sind selten und, wie bei diesem Vorfall, oft gut verkraftbar. Es lohnt sich nicht, Konstruktions-, Material-, Gewichts-, Wartungs- oder Schulungskosten für eine Turbinen-Verriegelung zu zahlen.

In diesem Fall hätte eine Bremse lediglich die Vibration reduziert. Mit einem von zwei ausgefallenen Triebwerken hätten die Piloten das Flugzeug immer noch für eine frühe Landung gebracht und nicht zu ihrem geplanten Ziel weitergeflogen.

Obwohl dieser Flug nicht unter US-Gerichtsbarkeit fiel, müssen die im Flugzeug verwendeten Rolls Royce Trent 700-Triebwerke dennoch den FAA-Vorschriften entsprechen, und sei es aus keinem anderen Grund, als dass A330-Flugzeuge in den Vereinigten Staaten geflogen werden. Insbesondere trägt 14 CFR Part 33 den Titel „Airworthiness Standards: Aircraft Engines“ und sagt in §33.74 Fortgesetzte Rotation Folgendes :

Dreht sich eines der Hauptrotationssysteme des Triebwerks weiter, nachdem das Triebwerk aus irgendeinem Grund während des Flugs abgeschaltet wurde, und sind keine Mittel vorhanden, um diese fortgesetzte Drehung zu verhindern, dann jede fortgesetzte Drehung während der maximalen Flugdauer und während des Flugs Bedingungen, die erwartet werden, wenn dieser Motor nicht in Betrieb ist, dürfen nicht zu den in §33.75(g)(2)(i) bis (vi) dieses Teils beschriebenen Bedingungen führen.

Die in §33.75(g)(2)(i) bis (vi) beschriebenen Punkte sind:

(i) Nicht-Eindämmung von hochenergetischem Schutt;

(ii) Konzentration giftiger Produkte in der für die Kabine bestimmten Triebwerkszapfluft, die ausreicht, um Besatzung oder Passagiere außer Gefecht zu setzen;

(iii) erheblicher Schub in die entgegengesetzte Richtung zu der vom Piloten befohlenen;

(iv) unkontrolliertes Feuer;

(v) Versagen des Motoraufhängungssystems, das zu einer unbeabsichtigten Motortrennung führt;

(vi) Freigabe des Propellers durch den Motor, falls zutreffend;

Da ich keine Unterlagen finden kann, die zeigen, dass der Trent 700 eine Rotorarretierung hat, muss er so konstruiert sein, dass er diese Vorschriften erfüllt. Vibrationen werden nicht als eine der gefährlichen Bedingungen aufgeführt. Es stimmt, dass Vibrationen gefährlich sein können, aber das gilt eher für einen laufenden Motor, und es gibt Vibrationsüberwachungssysteme, um einen fehlerhaften Motor abzuschalten.

Andere Aufsichtsbehörden haben zweifellos ähnliche Anforderungen. Ich habe mich für die FAA entschieden, da ich damit am besten vertraut bin.

Ja, Propeller können ausfedern, eine Funktion, die erforderlich ist, um Schub über einen weiten Bereich von Fluggeschwindigkeiten zu liefern. Festblattpropeller hatten ein Problem damit, entweder einen guten Startschub zu liefern oder die Höchstgeschwindigkeit des Flugzeugs zu begrenzen. Verstellpropeller wurden vor dem 2. Weltkrieg erfunden und aufgrund der Einschränkungen von Festblattpropellern weit verbreitet.

Turbofans haben eine Lüfterscheibe in einer Ummantelung, die die Luft abbremst, bevor sie auf die Lüfterblätter trifft. Dieses Setup kann für Reisebedingungen optimiert werden und liefert dennoch einen guten Startschub. Der Strahltriebwerkskern liefert direkt einen Teil des Startschubs. Der Lüfter hat eine feste Steigung, weil er es sein kann – ein Mechanismus mit variabler Steigung oder eine Bremse für diese Angelegenheit erhöht die Kosten und die Komplexität. Die meisten modernen Verkehrsflugzeuge haben diese Triebwerke, einschließlich des A330.

Je größer jedoch der Lüfter in einem Bypass-Turbofan ist, desto effizienter ist er, und ein großer Lüfter mit fester Steigung hat die gleichen Probleme wie ein Propeller mit fester Steigung. So werden jetzt große Bypass-Turbofans mit variabler Steigung entwickelt, zum Beispiel der Rolls Royce Ultrafan .

Der Verstellventilator ist eigentlich keine neue Idee, Turbomeca hat den Astafan in den 1960er Jahren entwickelt.

Die Windbereitschaft eines jeden Lüfters, ob mit variabler Tonhöhe oder nicht, ist per se nicht schlecht:

• Ein Windmilling-Motor kann neu gestartet werden, Priorität 1 bei einem unbeschädigten Motor.
• Windmilling-Triebwerke haben einen geringeren Luftwiderstand als nicht rotierende Triebwerke und einen geringeren asymmetrischen Schub der verbleibenden Triebwerke zum Wegtrimmen.

Wenn nachgewiesen werden kann, dass ein Windmühlentriebwerk mit gebrochenem Lüfterblatt nur leichte Beschwerden und keine weiteren Katastrophen verursacht und dass das Vorkommen sehr selten ist, dann gibt es kein eigentliches Problem zu lösen.