Wie wirkt sich ein größerer Motor, der etwas weiter vorne und höher platziert ist, auf die Neigung des Flugzeugs aus?

Ich frage nach der allgemeinen Aerodynamik für Unterflügel-Doppelstrahler - ich bin nicht hinter Informationen / Spekulationen über die Max 8-Abstürze / -Systeme her, aber ich erwähne den Absturz unten, weil ich ihn als unklar ansehe (zumindest für mich). ) Erläuterung:

Als Antwort auf Lion Air Flight 610 schrieb leehamnews.com :

Alle Objekte in einem Flugzeug, die vor dem Schwerpunkt platziert sind, tragen dazu bei, das Flugzeug in der Nicklage zu destabilisieren.

  1. Aber wie ein Kommentator witzigerweise betonte, würde die Vorwärts-Engine nicht auch den CG vorwärts bewegen.

Und dann:

[G]erzeugt man einen Anstellwinkel nahe dem Stallwinkel von etwa 14°, erzeugt die zuvor neutrale Triebwerksgondel Auftrieb. Ein Auftrieb, der vom Flugzeug als Moment nach oben empfunden wird (da es vor der CG-Linie liegt), jetzt stärker als bei der 737NG. Dies destabilisiert die Tonhöhe des MAX bei höheren Anstellwinkeln (AOA).

  1. Ich lese dies als unzureichende Tonhöhenautorität, nicht als Tonhöheninstabilität. Nach dem obigen Text würde ich mir auch vorstellen, dass die destabilisierende Kraft ein Widerstand vom Boden der größeren Gondel ist, kein Auftrieb. Zum Beispiel rechtfertigte die entspannte Nickstabilität des MD-11 ein LSAS-System , aber kein spezielles Anti-Stall-System.

Ich habe versucht, nach einer offiziellen Erklärung zu suchen, warum MCAS hinzugefügt wurde, um die allgemeine Aerodynamik zu verstehen, aber der vorläufige Bericht erwähnt es nicht.

Ich habe vorgestellt, was mich verwirrt hat, aber die Frage ist die im Titel, bezüglich der allgemeinen Aerodynamik, nicht 737 Max oder MCAS.

"Die destabilisierende Kraft ist ein Widerstand vom Boden der größeren Gondel, kein Auftrieb". Die Komponente senkrecht zum Luftstrom ist per Definition Auftrieb. und angesichts der Flugzeuglage wird es wahrscheinlich ein bisschen von beidem geben
Es gibt kein eindeutiges tatsächliches physisches Heben und Ziehen. Beides sind nur künstliche logische Konstrukte, die von Ingenieuren und Computerprogrammierern verwendet werden, um Berechnungen zu vereinfachen, und als logischer Mechanismus, um zu helfen, zu visualisieren, was vor sich geht. Tatsächlich werden die Kräfte auf ein Flugzeug durch den normalen (senkrechten) Luftdruck erzeugt, der auf jedes winzige Stück der Flugzeughaut drückt. "Auftrieb" ist einfach die Summe aller Komponenten der Einzelkräfte senkrecht zum Flugbahnvektor und "Widerstand" ist die Summe aller Komponenten, die parallel zum Flugvektor sind.
"Alle Objekte in einem Flugzeug, die vor dem Schwerpunkt platziert sind, tragen dazu bei, das Flugzeug in der Nicklage zu destabilisieren." falsch oder bestenfalls irreführend. Besser wäre: "Objekte, die vor dem aerodynamischen Zentrum (AC) platziert sind, destabilisieren das Flugzeug in der Neigung in dem Maße, in dem sie das AC nach vorne bewegen (für extern platzierte Objekte), und wenn sie vor dem CG liegen, stabilisieren sie die Neigung des Flugzeugs in dem Maße dass sie den CG voranbringen."
@Charles Bretena, das den Schwerpunkt nach vorne bewegt, erfordert mehr Abwärtstrimmkraft am Heck. Das Problem bei der aerodynamischen Korrektur des Gewichtsungleichgewichts besteht darin, dass es nur bei einer Geschwindigkeit funktioniert und daher eine ständige Überwachung mit dem Computer erforderlich ist. Unverändert bewirkt die höhere Trimmeinstellung mit zunehmender Geschwindigkeit ein stärkeres Anheben der Nase. Sobald die AOA bis zu dem Punkt ansteigt, an dem sich die Gondeln erhöhen, ändert sich die Stabilitätsformel und erfordert nun weniger Abwärtskraft auf das Heck. 3 Pitch-Variablen, die sich bei unterschiedlicher AOA und Geschwindigkeit ändern.
In Bezug auf die horizontale Stabilisatortrimmung, OK Ralph J, werden wir die gesamte Hstab-Baugruppe verschieben, um die Neigung im Reiseflug einzustellen, und eine Trimmklappe für Klappen haben? (und auch ein Aufzug). Es scheint, dass sie zu viele Eier in einen Korb gelegt haben, um einen bereits zu kleinen Hstab mit der Aufgabe zu belasten, das Flugzeug vor übermäßiger Steigung zu bewahren. Ich hatte zu diesem Zweck einen größeren Aufzug mit zwei Raten vorgeschlagen, der unter Pilotenkontrolle blieb.
Aber vielleicht kommen wir mit der Pitch-Änderung mit Klappeneinstellung (von erhöhtem Abwind am Heck) irgendwo hin, da eine Verlängerung der Sicherung dies nicht nur verringern kann, sondern dem Heck auch ein größeres Drehmoment verleiht.
Ein größerer Hstab zum Kompensieren der Neigung des Gondelbereichs würde nur ein Gewichtsungleichgewicht zur Korrektur übrig lassen, und wissen Sie was? Ein größerer Hstab wiegt mehr! (und gibt auch eine größere Tonhöhenstabilität). Beachten Sie, dass bei einer Motorhalterung im Cri-Cri-Stil der Schub für eine Neigung nach unten sorgen würde. Einige Air Force-Designs aus den 1950er Jahren hatten vordere Zünder für Düsentriebwerke, aber Messing mochte sie an den Flügeln! Jetzt können Sie den Flügel nach vorne bewegen und die Autorität des Heckdrehmoments noch mehr erhöhen. Angesichts der Unfallbilanz (mehr als 70) dieses Modells scheint eine Neugestaltung angebracht zu sein.
@Robert, Ihre Antwort auf meinen Kommentar gilt nur für externe Objekte, die vor dem CG platziert sind. Warum sollten wir sonst Kraftstoff von den hinteren Tanks in die vorderen Tanks verlagern, um die Stabilität zu verbessern? Sie sagen, "das Bewegen des CG nach vorne erfordert mehr Downtrim-Kraft am Heck". Absolut wahr! Und dies ist ein Hinweis darauf, dass das Flugzeug eine größere positive statische Stabilität hat!
Die externe Anbringung von Fläche und Gewicht nach vorn führt je nach Geschwindigkeit und AOA zu unterschiedlichen Ergebnissen bei der Pitch-Stabilität. Übermäßige „Positive Pitch-Stabilität“, übertrieben, bedeutet, dass die meiste Pitch-Up-Autorität für die Trimmung verwendet wird. Es ist ein unausgeglichener Zustand. Im langsameren Flug wird dies schwieriger zu kontrollieren. Das Verwenden von Gewicht, um zu versuchen, aerodynamische Mängel zu kontrollieren, funktioniert nur bei einer Geschwindigkeit, aber das Verschieben des Kraftstoffs wurde bei der Concorde tatsächlich erfolgreich durchgeführt. Das Problem mit großen Gondeln ist aerodynamischer, was durch den starken Lufteinlass des Düsentriebwerks noch verschärft wird. Viel für jedes Hstab-Design.
Ich bin mir nicht sicher, was Sie mit "unausgeglichen" meinen, aber stimmen Sie voll und ganz zu, dass ein zu starker Schwerpunkt aus mehreren Gründen schlecht ist. (Wie Sie bereits erwähnt haben, sind übermäßiger Trimmwiderstand, verringerte Autorität des Höhenruders mit der Nase nach oben, was die minimal steuerbare Fluggeschwindigkeit erhöht, und andere, aber verringerte Stabilität gehört nicht dazu. Die Annahme, dass AC derselbe ist, wenn Sie den Schwerpunkt nach vorne bewegen, erhöht die statische Stabilität in Längsrichtung (Neigung).
Übrigens stimme ich Ihrem Kommentar unten über die Behebung von Problemen mit schlechtem aerodynamischem Design mit Software vollkommen zu!

Antworten (3)

Dies ist eher eine „Ich denke“- als eine „Ich weiß“-Antwort. Wenn Sie anderer Meinung sind, können Sie dies gerne erklären.

Im normalen Geradeaus- und Horizontalflug sollte es keine nennenswerten Auswirkungen haben. Aber bei einem hohen AoA ist zumindest ein erheblicher Teil der Triebwerke vor und entscheidend über dem Schwerpunkt. Die Gondel wird sowohl Auftrieb als auch Widerstand erzeugen. Die resultierende Wirkung beider Kräfte, die sich über dem Schwerpunkt befinden, wird ein Moment nach oben sein.

Auch wenn diese zusätzliche Kraft allein nicht ausreicht, um das Flugzeug instabil in der Neigung zu machen, müssen die Piloten einen stärkeren Befehl mit der Nase nach unten geben, aber wenn Sie einem Strömungsabriss so nahe sind, möchten Sie, dass dies so einfach ist wie möglich.

Da die Gondeln unter dem (tief montierten) Flügel aufgehängt sind, könnten sie sich tatsächlich unterhalb der Verlängerung des Flugbahnvektors befinden, der durch den Schwerpunkt geht.
Das ist auch mein Verständnis. MCAS ist eigentlich nicht dazu gedacht, einen Strömungsabriss zu verhindern, sondern dafür zu sorgen, dass sich die Nicksteuerung linearer anfühlt und eine sprunghafte Änderung des Verhältnisses von Säulenkraft und Nickrate verhindert, wenn der Gondelhub „Einsetzen“ plötzlich einen zusätzlichen „Kick“ nach oben während eines Nickens liefert Manöver.
Gondelauftrieb, gepfeilte Flügel, zu kleines Höhenleitwerk, niedrige Schublinie, defekter Sensor? Ist es nicht an der Zeit, schlechtes Engineering mit Software zu verschleiern? Sie müssen nicht riskieren, mit zivilen Transporten immer weiter in Richtung Instabilität zu laufen. Wir können nicht ignorieren, was die Dinge stabil fliegen lässt, zurück zum Speer und zum Pfeil. Schauen Sie sich die Boeing YC-14 und die B-52 an.
Über dem CoG zu sein, macht keinen Unterschied. Es ist vor dem CoG, das den Unterschied macht. Stellen Sie es sich wie eine Wippe mit dem Drehpunkt am CoG vor. Jede nach oben gerichtete Kraft, die auf eine Seite der Wippe ausgeübt wird, verursacht ein Nickmoment auf dieser Seite, unabhängig davon, ob sich diese Seite derzeit über oder unter dem Drehpunkt befindet. Die Böden der Triebwerksgondeln liegen normalerweise weit unter dem Schwerpunkt eines Verkehrsflugzeugs.

Wenn Sie ein größeres Triebwerk (High Bypass Jet) etwas weiter vorne und höher (am Flügel) platzieren, wirkt sich dies auf das Flugzeug in zwei Richtungen aus.

  1. Wenn der Motor nach vorne bewegt wird, bewegt sich der Schwerpunkt nach vorne, was mehr Abwärtskraft auf das Heck erfordert (es sei denn, die Platzierung von Ladung/Kraftstoff wird angepasst). Im Allgemeinen verbessert der Vorwärts-CG die Richtungsstabilität, kann aber nur für eine Geschwindigkeit getrimmt werden.

  2. Das Vorwärtsbewegen des Triebwerks schafft mehr Fläche vor dem Auftriebszentrum, direkt unter dem Flugzeug gesehen, was die Nickstabilität bei höheren Anstellwinkeln beeinträchtigt. Die Lösung zur Verbesserung der Nickstabilität besteht darin, einen Bereich hinter dem Auftriebszentrum hinzuzufügen, im Allgemeinen auf dem horizontalen Stabilisator. Eine andere Lösung besteht darin, den Hstab (wie das Heck der B-24 Liberator) mit einer Kappe zu versehen, um ihn effektiver zu machen.

Das Verständnis der allgemeinen Aerodynamik ist hier der Schlüssel. Ein sehr stabiles Flugzeug (wo Hstab nur eine sehr langsame Änderung der AOA zulässt) mit einem sehr sanften Höhenruder (lächerlich sicher für zivile Transporte) ist für diese Anwendung möglicherweise weitaus wünschenswerter.

Ich habe Sie nicht abgewählt. Welche Beweise haben Sie jedoch dafür, dass MAX unter einem Problem mit der Tonhöhenstabilität leidet?
Ich warte auf eine Nachricht von Boeing. Der Konsens scheint hier zu sein, dass unter bestimmten Bedingungen von AOA und Fluggeschwindigkeit das größere, nach vorne gesetzte Triebwerk (bei vollem Schub) die Nickstabilität verschlechtert. Das Video der letzten Momente von Lion ist ebenfalls sehr bewegend. Mein Gefühl ist, dass die Explosion von einem höher eingestellten Motor das Leitwerk "Coandaing" sein kann (es in den Luftstrom ziehen). Downwash, der das Leitwerk beeinträchtigt, kann ebenfalls ein Problem sein. Das Monster-Twin-Konzept scheint bei der 777 gut zu funktionieren, und die 757 wird immer noch als Frachter produziert, sodass sie möglicherweise eine Möglichkeit haben, das Problem zu beheben, oder andere Optionen zu verfolgen.
Die aerodynamischen Daten sind urheberrechtlich geschützt. Wenn Sie also kein Boeing-Aerodynamiker sind, der an diesem Programm gearbeitet hat, ist alles eine Vermutung. Ich habe keine zuverlässigen Berichte darüber gesehen, dass die Strömungsabrisseigenschaften bei maximalem Schub schlechter sind. Die nichtlinearen Effekte bei hoher Inzidenz sind komplex, insbesondere bei Stößen mit hoher Geschwindigkeit. Ich verstehe nicht, warum Sie es auf "Boeing hätten ein größeres Heck verwenden sollen" reduzieren können.
@Jimmy eigentlich gefällt mir die 727 viel besser. Kann auch eine Frage sein, wo das Heck (und die Motoren) platziert werden sollen. Aber das fertige Produkt, insbesondere für den Passagierdienst, soll möglichst einfach und leicht zu fliegen sein. Meine erste Neugier wäre, den Luftstrom bei hohem AOA zu bewerten. Ich würde nach einem größeren Heck als mögliche Lösung suchen, vielleicht mit der gleichen Vorderkantenbreite, aber größerer Tiefe (niedrigerer Aspekt). Ich hoffe, das Unternehmen kann es "einkochen" und das Destillat behalten, nicht den Bodensatz!
Es tut mir leid, aber die Erhöhung der Schwanzgröße zur Unterstützung von Fs / g bei transsonischer Mach- und Stall-ID scheint ziemlich weit hergeholt zu sein. Sie würden für so ziemlich den gesamten Umschlag überdesignen. Ich verstehe Ihren Kommentar zu LE nicht. Meinst du hstab LE? Warum sollte das überhaupt eine Rolle spielen?
@Jimmy schau dir mal einen B-52 Hstab an und auch hochfliegende Vögel. Besonders Mönchsgeier und Kondore. Die Natur hat den Keil als perfektes Kompliment für Ihre massiven, hochfliegenden Flügel entworfen. Vögel haben sogar eine variable Geometrie und fächern sie auf, um die Fläche zu vergrößern, wenn sie kurz vor der Landung einen hohen AOA erreichen. Wenn ich die genaue Lösung wüsste. Ich würde in diesem Moment meinen Lebenslauf einsenden. Aber es gibt eine große historische Datenbank, in der alle Designer recherchieren können. Ich hoffe, sie bekommen es bald behoben.
"Im Allgemeinen verbessert der Vorwärts-CG die Richtungsstabilität, kann aber nur für eine Geschwindigkeit getrimmt werden." Häh? Nahezu alle Flugzeuge, die keine Kampfflugzeuge sind oder für Kunstflug ausgelegt sind, haben einen Vorwärts-Schwerpunkt und sind in der Lage, für viele verschiedene Fluggeschwindigkeiten zu trimmen.
@reirab. Natürlich können Flugzeuge auf unterschiedliche Geschwindigkeiten getrimmt werden, aber mit einem nach vorne gerichteten Schwerpunkt wird Abtrieb auf das Heck ausgeübt. Wenn Sie die Geschwindigkeit ändern, müssen Sie erneut trimmen. Dies wird als "statische Stabilität" bezeichnet. Das Trimmen für eine Geschwindigkeit ist ein großartiges Sicherheitsmerkmal für niedrige und langsame Landeanflüge. "Fast alle Flugzeuge" benötigen möglicherweise einen besseren Qualifizierer, da durch Eliminieren des Trimmwiderstands Kraftstoffeinsparungen erzielt werden können. Aber das fragliche Flugzeug scheint auf dem Rückweg zu sein, und ich wünsche ihnen alles Gute.
@RobertDiGiovanni Ich weiß, was statische Längsstabilität ist; Ich fand gerade Ihre Aussage, dass "Vorwärts-Schwerpunkt ... nur auf eine Geschwindigkeit getrimmt werden kann", ziemlich verwirrend. Dieser Satz klingt, als würde er sagen, dass Sie ein bestimmtes Flugzeug nur für eine Fluggeschwindigkeit trimmen können, wenn es Vorwärts-CoG hat, was offensichtlich falsch ist (wie Sie in Ihrem Kommentar sagten, können Sie einfach erneut trimmen, um die getrimmte Fluggeschwindigkeit zu ändern).

Jeder verhält sich so, als ob der von den Triebwerksgondeln erzeugte Auftrieb nur dazu dient, die Menge an Abwärtskraft zu erhöhen, die vom horizontalen Heck und der Pilotenanstrengung erforderlich ist, um diese erhöhte Abwärtskraft zu verursachen.

Worüber nicht gesprochen wird, ist, dass der von den Triebwerksgondeln erzeugte Auftrieb vor dem vom Flügel erzeugten Auftrieb liegt, was dazu führt, dass sich der Gesamtauftriebsvektor des Flugzeugs vorwärts bewegt. Wenn der AOA erhöht wird, nimmt der Auftrieb der Gondeln auf nichtlineare Weise zu (größer als man erwarten würde). Ich glaube, dass dies dazu führt, dass sich der gesamte Auftriebsschwerpunkt des Flugzeugs nach vorne aus dem Schwerpunkt bewegt. Unter dieser Bedingung eine Erhöhung des AOA führt zu einem größeren Nickmoment, das sehr schnell zu einem Durchgehen und Strömungsabriss führen kann.

Das Problem der 737 MAX ist aerodynamisch und kann nicht durch das MCAS behoben werden, das ursprünglich als Verbesserung der Längsstabilität gedacht war.

Das MCAS ist eine automatische Trimmfunktion, die nur unter bestimmten Bedingungen ausgelöst wird, was ein wenig anders ist als die Verbesserung der Längsstabilität, die als ein Gerät betrachtet werden kann, das im gesamten Flugbereich wirkt. Im nicht ausgelösten Zustand scheint die 737 MAX keine aerodynamischen Probleme zu haben.
MCAS ist keine Verbesserung der Längsstabilität. Es wurde ursprünglich als Verbesserung der Manövrierstabilität entwickelt.
Wie wirkt sich ein größerer Motor, der etwas weiter vorne und höher platziert ist, auf die Neigung des Flugzeugs aus?
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