Wie werden Motoren auf Tragflächen montiert?

Am Sonntag, dem 4. Oktober 1992, stürzte El Al Flight 1862 in einen Vorort von Amsterdam, nachdem sich das rechte Innenbordtriebwerk vom Flügel getrennt und einen Teil des Flügels und des rechten Außenbordtriebwerks mitgenommen hatte.

Die Trennung wurde durch einen Ermüdungsbruch der Sicherungsstifte verursacht, die das Triebwerk mit dem Flugzeug verbinden. Die Triebwerke der Boeing 747-200 sind durch vier Sicherungsstifte mit dem Flügel verbunden.

Im Untersuchungsbericht finden Sie detaillierte Informationen über die Konstruktion, die den Motor am Flügel befestigt. Besonders die Abschnitte 1.6.3, 1.6.4 und 1.16 sind für Sie von Interesse, obwohl ich empfehle, den gesamten Bericht zu lesen, wenn Sie Zeit haben.

Quelle: Raad voor de Luchtvaart, Dokument AAR 92-11

Quelle: Raad voor de Luchtvaart, Dokument AAR 92-11

Motorlager und Schubglieder

Wie werden Motoren auf Tragflächen montiert?

Moderne Motoren werden an zwei Halterungen an den an den Flügeln befestigten Pylonstreben aufgehängt, wobei eine Befestigungsvorrichtung verwendet wird, die in der Terminologie von CFMI als Aufhängerbeschlag bezeichnet wird . So wird ein CFM56-7B auf dem Flügel einer Boeing 737 NG montiert:

^{CFM56-7B auf dem Flügel einer Boeing 737 NG. Angepasst aus dem CFM56-7B-Gondel-Trainingshandbuch}

Die Aufhängungen sind rot dargestellt, sie werden mit Verbindungsgliedern (Magenta) und Gabelköpfen entweder über die Lüftergehäusebefestigung (vordere Befestigung, grün) oder direkt (hintere Befestigung) am Motor befestigt. Dann werden sie mit Bolzen und Scherstiften am Pylon / der Strebe befestigt.

Aktuelle Teilebilder (Unterschiede sind auf Verbesserungen zurückzuführen):

^{Motorlüfterrahmenbeschlag und hinterer Aufhänger für einen CFM56-7B. Quelle}

Motorlager haben sich im Laufe der Jahre verändert. Während anfänglich der Triebwerksschub entlang der Triebwerksstruktur auf den Flügel übertragen wurde, besteht die moderne Methode darin, dies zu vermeiden, da es viele Nachteile hat. Es verformt die Triebwerksstruktur und verhindert verringerte Abstände zwischen der Turbinenspitze und den Wänden . Dies wiederum führt zu einem nicht optimalen Motorwirkungsgrad.

An modernen Flugzeugtriebwerken werden sie an zwei Stellen montiert: Oben am Bläserrahmen und oben am Turbinenrahmen. Keine Belastung durch andere Komponenten.

• Weitere Informationen zu Rahmen finden Sie unter: Was hält in einem Turbofan die Drehachse?

Normalerweise nimmt die vordere Halterung (Lüfterrahmen) sowohl die vertikale Last als auch die Schublast auf und die hintere Halterung nimmt die Drehmomentlast auf. Aber in einigen Fällen, wenn die Schublast auf der vorderen Halterung nicht erwünscht ist, werden Schubverbindungen verwendet, um die Schublast auf die hintere Halterung zu übertragen. Dies ist bei der Boeing 737 NG-Familie der Fall.

Bolzen und Scherstifte

Ich habe gehört, dass die Motoren in kommerziellen Lufttransportern normalerweise mit 2 oder 3 Schrauben montiert sind.

Es ist ein bisschen schwierig zu zählen, weil es zwischen dem Motor und dem Flügel Zwischenteile gibt. Zur Vereinfachung können wir uns auf die beiden Halterungen konzentrieren und wie sie tatsächlich Schub auf die Strebe übertragen. In diesem Fall sind Sie der Wahrheit nahe.

In unserem Beispiel verwendet die vordere Halterung vier Schrauben und zwei Stifte, die hintere Halterung vier Schrauben und einen Stift. Die Schublast wird hauptsächlich von den Scherstiften getragen, während die Bolzen die vertikalen Lasten (z. B. Motorgewicht und Drehmoment) aufnehmen und die Gesamtpositionierung sicherstellen.

Für andere Kombinationen Triebwerk/Flugzeug ist das Prinzip das gleiche, Teile sind etwas anders, z. B. dies ist die vordere Halterung für einen CFM56-5B an einem Airbus A320:

^{CFM56-5B Vorwärtsmontage für A320. Quelle}

Es gibt 4 Schrauben und einen Scherstift (der andere sichtbare Stift dient der Zentrierung und wird als Sicherungsscherstift verwendet).

Wir können sagen, dass die Hauptkraft nur mit 3 Scherstiften auf den Flügel übertragen wird, aber vergessen Sie nicht, dass die Schubglieder und die Bolzen, mit denen sie befestigt sind, auch Teil der Kette sind.

Es sind immer noch 8 Schrauben notwendig, um mit anderen Lasten fertig zu werden und alles zusammenzuhalten, und auch um zu ermöglichen, dass die Scherstifte an Ort und Stelle bleiben.

Schraubengröße und Stärke

Wie groß sind diese Schrauben und woraus bestehen sie?

Schrauben, die für einen CFM56-7B auf einem B737 NG verwendet werden, haben die Teilenummer BACB30PN14-32M in der Boeing-Nomenklatur. Dieser Bolzen hat einen Durchmesser von 22 mm (0,875") und besteht aus der Nickellegierung 718, einer Superlegierung, auch bekannt als Inconel 718 .

Wie Bolzen, Laufmuttern und Stifte aussehen:

^{CFM56-7B Heckhalterung. Quelle}

Der Sicherheitsfaktor bei einem solchen Bolzen wäre auch schön!

Um sich ein Bild von den Kräften machen zu können, ist es gut zu wissen, dass ein Boeing 737 NG-Triebwerk eine Masse von etwa 2.000 kg hat, die in Form einer Gewichtskraft von 20 kN (Masse x Erdbeschleunigung) auf den Pylon einwirkt. Der Motor erzeugt etwa 100 kN Schub. Selbst unter Berücksichtigung plötzlicher vertikaler Beschleunigungen und harter Landungen (sagen wir 3 G) ist der Schub die Hauptkraft, die auf den Pylon wirkt, und die Scherstifte werden stärker belastet als die Bolzen.

Die Nickellegierung 718 hat eine Zugfestigkeit von 180 N pro mm², dies gibt jeder Schraube eine Gesamtfestigkeit von 70 kN. Die 8 Schrauben zusammen konnten 560 kN aushalten, verglichen mit dem Gewicht des Motors (20 kN) und dem Schub (100 kN).

Das einzige Ereignis, das einen Motor scheinbar von seinem Pylon lösen kann, ist eine Kollision mit dem Boden oder die Reibung des Motors auf dem Boden. In diesem Fall fungiert der Motor als Hebel. Das Drehmoment würde die Bolzen brechen, und dann würden die Scherstifte frei aus ihren Löchern entkommen.

Aktuelle Bilder

Es ist normalerweise schwierig, die Triebwerkshalterungen zu sehen, wenn sich das Triebwerk auf dem Flügel befindet, da sie tief in den Gondelkomponenten vergraben sind. Klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrößern.

Beispiel:

^{Motorlager auf CFM56-7B. Bild von Kostas Makris . Quelle}

Details der Halterungen:

Beispiel 2

^{CFM56-7B. Quelle}

Details der Halterungen:

Weitere Details der CFM56-7B-Montierungen aus dem Handbuch

Vorwärtsmontage:

^{Vorwärtsmontage. Quelle: CFM56-7B Trainingshandbuch (Gondel)}

• Der Hängebeschlag wird mit 4 Schrauben an der Strebe befestigt und es gibt zwei Scherstifte, um die Schrauben vor Scherbelastungen zu schützen.
• Der Hängebeschlag wird mit 3 Klinkenstiften am Ventilatorgehäusebeschlag befestigt
• Der Lüftergehäusebeschlag wird mit 10 Schrauben am Lüftergehäuse befestigt

Hintere Halterung:

^{Hintere Halterung. Quelle: CFM56-7B Trainingshandbuch (Gondel)}

• Der Hängebeschlag wird mit 4 Schrauben und Tonnenmuttern an der Strebe befestigt, geschützt durch einen Scherstift.
• Der Hängebeschlag wird mit 4 Gelenken und 4 Schrauben an Gabelköpfen am Turbinenrahmen befestigt.

Zwei Schubglieder übertragen den Schub vom Lüfterrahmen auf die hintere Halterung. Auf der hinteren Halterung befindet sich eine Evener-Stange.

Sie haben Recht, dass die Motoren mit nur wenigen Schrauben am Flugzeug befestigt sind. Normalerweise werden die Motoren an drei Punkten (normalerweise zwei vorne und einer hinten) mit Scher- (oder Sicherungs-) Stiften mit einem oder zwei Schrauben an jedem Punkt am Flügel montiert. Die DC-10 zum Beispiel 6 (später 8 Pins), während die 747-200 6 hat.

" DC-10 Motormast ". Lizenziert unter Public Domain über Wikimedia Commons .

Die folgende Abbildung zeigt die Motorbefestigung im A350 XWB, bei der der hintere Befestigungspunkt und die Laststreben deutlich zu sehen sind (der erste Kasten), bei denen der Motor mit zwei Schrauben befestigt ist.

Bild von airliners.net

Die Scherstifte haben einen komplexen Querschnitt und sind so konstruiert, dass sie im Falle eines Aufpralls abscheren. Die folgende Abbildung zeigt beispielsweise das Design von (drei verschiedenen) Scherstiften, die in der Boeing 747 verwendet werden.

Bild aus der FAA-Übersicht über den Unfall von Israeli Airlines FLT 1862

Die Größe der Scherbolzenbolzen hängt von dem jeweiligen Flugzeug und der Triebwerkskombination ab.

Was den Sicherheitsfaktor betrifft, so sind sie so ausgelegt, dass sie abbrechen, falls die (Scher-) Belastungen auf sie eine bestimmte Schwelle überschreiten. Die Motor-zu-Flügel-Stützstruktur ist so konstruiert, dass sie den Motor freigibt, wenn extreme Kräfte auftreten, um jegliche strukturelle Beschädigung des Flügels zu verhindern, die die Flugfähigkeit des Flugzeugs beeinträchtigen könnte. Daher unterscheidet sich ihre Konstruktionsphilosophie von der Konstruktion sicherer Lasten und variiert von Flugzeug zu Flugzeug.

Es ist zu Vorfällen gekommen, bei denen sich das Triebwerk aufgrund der großen auftretenden Kräfte vom Flugzeug getrennt hat.