Warum hat die 747 4 statt 2 Triebwerke?

Einfach mehr Motoren = mehr Leistung, und Leistung wird für mehrere Dinge benötigt, von denen das erste das Abheben ist. Bei maximalem Startgewicht muss ein mehrmotoriges Flugzeug in der Lage sein, einen Motor zu verlieren (nach Erreichen der Go/No-Go-Geschwindigkeit) und den Start sicher fortzusetzen, was bedeutet, dass Sie, wenn Sie gerade noch mit 3 Motoren fliegen könnten, Sie ' Sie müssen 4 haben, um die Zertifizierungsanforderungen (Sicherheit) zu erfüllen. Für die erstaunlichen Gewichte, die die 747 tragen kann, braucht sie einige ziemlich starke Motoren, und zwar alle 4, um voll beladen abzuheben und diese Anforderung zu erfüllen. (Interessanterweise ist es, wenn das Flugzeug leer ist und den Start auf 2 sicher fortsetzen könnte, normalerweise erlaubt, mit einem Motor zu starten, der bereits außer Betrieb ist – zum Beispiel, um zu einer Wartungsbasis zu übersetzen. Aber dies erfordert keine Passagiere/Fracht und also ein sehr leichtes Flugzeug.)

Bei Reiseflughöhe bedeutet mehr Schub, dass eine höhere Reiseflughöhe möglich ist, was zu einer besseren Kraftstoffeffizienz führt. Während also ein 4-motoriges Flugzeug sicherlich mit 3 Triebwerken und in vielen Fällen (je nach Gewicht und Außentemperatur) mit 2 Triebwerken fliegen kann, kann es nicht so hoch fliegen wie mit allen 4. Die höhere Reiseflughöhe nicht nur sorgt für einen effizienteren Flug, hält Sie auch draußen über einem Großteil des Wetters und in extremen Fällen kann eine Decke mit zwei Triebwerken möglicherweise nicht das gesamte Gelände auf Ihrer Route freiräumen. (Auch dies hängt von Gewicht und Temperatur ab.)

Moderne Triebwerke haben eine erstaunliche Zuverlässigkeit, und es wird heute als Routine angesehen, die zweimotorigen 777 und 767 sowie den A330 auf langen Überwasserrouten einzusetzen, aber vor 50 Jahren war die Zuverlässigkeit nicht so groß, daher wurde es als wesentlich angesehen, die Redundanz zu haben Wenn ein Motor mitten auf dem Ozean ausfiel, gab es immer noch einen komfortablen Spielraum, und Sie waren jetzt nicht "einen Motor entfernt" vom Schwimmen.

Zusätzlich zu dem, was Ralph erwähnte, erforderten die Vorschriften bis Mitte der 1980er Jahre, dass Flugzeuge, die lange Überwasserrouten oder andere solche Routen mit einem Mangel an Ausweichmöglichkeiten im Notfall betreiben, mindestens 3 Triebwerke haben müssen. Dies galt insbesondere für alle Strecken, die mehr als 60 Minuten von einem Umleitungsfeld in Gebieten entfernt waren, die den FAA-Vorschriften unterliegen, und 90 Minuten an anderen Orten. Die Flugzeuge, die in dieser Zeit auf diesen Strecken eingesetzt wurden, bestanden aus 4-motorigen Flugzeugen wie De Havilland Comet , Boeing 707 , Douglas DC-8 und Boeing 747 sowie aus 3-motorigen Flugzeugen wie McDonnell Douglas DC-10 und Lockheed L- 1011 TriStar. Diese Vorschriften waren darauf zurückzuführen, dass Motoren in der Vergangenheit nicht annähernd so zuverlässig waren wie heute. Dies galt insbesondere für die vor dem Strahlzeitalter verwendeten Kolbenmotoren, aber auch für frühe Strahltriebwerke.

Um Ihre Frage konkret zu beantworten: Um die transatlantischen und transpazifischen Langstreckenrouten bedienen zu können, für die die Boeing 747 bestimmt war, waren mindestens 3 Triebwerke erforderlich. Boeing entschied sich anscheinend dafür, mit 4 zu gehen und sie alle auf Flügeln zu halten. Dies erforderte auch nicht so viel Schubleistung pro Motor, was die Konstruktion der Motoren insbesondere zu dieser Zeit einfacher machte.

In den 1980er Jahren waren Strahltriebwerke jedoch so zuverlässig und leistungsstark geworden, dass eine neue Klasse von Vorschriften namens ETOPS (früher „Extended-range Twin-engine Operational Performance Standards“, jetzt „ExTended OPerationS“) entwickelt wurde, um zweimotorige Flugzeuge zuzulassen Überseerouten zu fliegen, sofern sie bestimmte Standards erfüllen. Das erste für solche Operationen zugelassene Flugzeug war die Boeing 767, die für TWA transatlantische Operationen fliegen durfte. Seine anfängliche ETOPS-Zertifizierung ermöglichte es der 767, bis zu 90 Minuten von einem Umleitungsfeld entfernt zu fliegen, und diese Zeit wurde später auf 120 Minuten erhöht, nachdem TWA mit der 90-Minuten-Zertifizierung Erfolg gezeigt hatte. Die ursprünglichen ETOPS-Vorschriften beschränkten Flugzeuge jedoch immer noch auf maximal 120 Minuten ETOPS bei der Inbetriebnahme, und 180 Minuten ETOPS waren erst nach mindestens einem Jahr erfolgreichen Betriebs mit 120 Minuten ETOPS zulässig. Als solche Flugzeuge wurden in dieser Zeit für den Langstreckenbetrieb entwickelt, insbesondere für den Transpazifik, wie die MD-11 und der Airbus A340, ging immer noch mit 3-motorigen oder 4-motorigen Designs. Unglücklicherweise für Airbus und McDonnell-Douglas wurden diese Flugzeuge ungefähr zu der Zeit freigegeben, als die FAA begann, 180 Minuten ETOPS bei der Freigabe zuzulassen.

Die neu entwickelte Boeing 777war das erste Flugzeug, das sich bei Inbetriebnahme für 180 Minuten ETOPS qualifiziert hat. Vor allem aufgrund der Effizienz, die sie durch nur 2 Triebwerke gewann, schlug die 777 den A340 beim Verkauf und führte das A340-Programm zu einem frühen Tod. Kurz darauf erwarb Boeing McDonnell Douglas und stellte die Produktion der MD-11 ein. Da die 777 nun nicht nur transatlantische, sondern auch transpazifische Strecken fliegen darf, verschwand die Notwendigkeit dreimotoriger oder viermotoriger Jets, um diese Strecken zu fliegen. Der 777 folgten dann die A330, 787 und A350, um diese Strecken bedienen zu können. Jedes dieser Programme war sehr erfolgreich, jedoch hat ihr Erfolg weitgehend zum bevorstehenden Tod der dreimotorigen und viermotorigen Modelle der Vergangenheit geführt. Die A340 hat die Produktion komplett eingestellt. Die 747 und A380 haben in den letzten Jahren kaum neue Bestellungen erhalten, was zur Möglichkeit führt, dass beide Programme abgesagt werden. Laut Wikipedia hatte die A380 bis Ende Mai im Jahr 2015 bisher keine neuen Nettobestellungen und die 747 nur 3 (und keine im Jahr 2014).

Wie bereits erwähnt, erforderten die Flugzeugeigenschaften und die Schubzertifizierung der Triebwerke früher, dass das Flugzeugdesign 4 Triebwerke umfassen musste, um den verschiedenen ETOPS-Vorschriften und verschiedenen Triebwerksausfallszenarien zu entsprechen, die in jeder Phase auftreten können Flug.

Wenn wir uns die Statistiken ansehen, können wir das während der letzten 30 sehen! Jahren mussten rund 15 Passagierflugzeuge (also Fluggesellschaften) aus verschiedenen Gründen zu einer Gleitlandung gezwungen werden. Keines dieser Flugzeuge war auf einen zweimotorigen Ausfall zurückzuführen, der durch eine technische Fehlfunktion verursacht wurde. Die meisten waren auf Treibstoffmangel zurückzuführen, einige auf Pilotenfehler (Abstellen des falschen Motors nach einer Fehlfunktion) und 2 (kürzlich) auf Vogelschlag. Dies führt zu dem Schluss, dass ein viermotoriges Flugzeug nicht gegen die Gefahren immun wäre, die zu den oben erwähnten Notlandungen geführt haben, vielleicht mit Ausnahme von Vogelschlägen – aber es ist sehr schwierig, eine statistische Bewertung des Risikos aufgrund zu machen verschiedene Bestandteile der angetroffenen Schwärme, Größen und Muster der Vögel.

Die Motoren sind heute superzuverlässig (ab 2019 gibt es einige Probleme mit den Motoren der 787, aber sie werden während des Gesprächs behoben) und man kann daraus schließen, dass mehr Motoren tatsächlich mehr Fehlermöglichkeiten mit sich bringen, daher kann man heutzutage mit Sicherheit sagen dass die Hauptüberlegung für das Flugzeugdesign und die Anzahl der Triebwerke das Endgewicht des Flugzeugs und die Schubkraft ist, die erforderlich ist, um alle angegebenen Steiggradienten zu erreichen und natürlich eine relevante Fluggeschwindigkeit zu erreichen, um auf den meisten Start- und Landebahnen abzuheben der Welt, die durch Länge oder Hindernisse begrenzt sind.

Übrigens – während der Verlust eines Triebwerks in einem zweimotorigen Flugzeug eine Herausforderung sein kann, führt der Verlust eines äußeren Triebwerks bei einer 747 während des Starts zu einer enormen Gier-Asymmetrie, was es aufgrund der Entfernung von der Mitte des Flugzeugs noch schwieriger macht .

Theoretisch gibt es also keinen Grund für die B747, 4 Triebwerke zu haben. Sie müssten größer sein als das GE9X, um es tragen zu können, was zu einer Umgestaltung des Flugzeugs führen würde, die praktisch nicht gerechtfertigt ist. Wenn die Fluggesellschaften festgestellt hätten, dass es rentabler sein kann, alle Flugzeuge mit 4 Triebwerken zu betreiben (einschließlich Risikobewertung, Investitions- und Verschleißkosten), hätten wir immer mehr von denen gesehen, die fliegen.

Die 747 wurde Mitte der 1960er Jahre als Alternative zur Boeing 2707 SST ins Leben gerufen. Um ihre Wetten abzusichern, sollte die 747 auch zu einem Frachter umgebaut werden. Daher die Wölbung vorne und das oben angebrachte Cockpit - um eine nach vorne öffnende Ladetür zu erleichtern. Als die 2707 aufgrund von Kostenüberschreitungen und steigenden Treibstoffpreisen storniert wurde, hatte Boeing glücklicherweise die 747 in vollem Gange.

Damals waren Gasturbinentriebwerke in ihrer Leistung begrenzt. Die 747 war die erste groß angelegte kommerzielle Anwendung von High-Bypass-Turbofans, einer ziemlich neuen Technologie. Um den Energiebedarf eines Flugzeugs mit dem Gewicht und der Tragfähigkeit der 747 zu decken, waren vier Triebwerke erforderlich. Sie wurden auch für lange Überseeflüge benötigt, um sicherzustellen, dass das Flugzeug im Falle eines Triebwerksausfalls landen konnte ... Gasturbinen in den 60er Jahren waren nicht so zuverlässig wie heute.

Sobald das Design festgelegt ist, wäre es unerschwinglich teuer gewesen, es später zu ändern, um es auf zwei der neuen sehr großen Gasturbinen umzustellen, die in den 90er Jahren herauskamen. Einfacher, ein neues großes Verkehrsflugzeug mit zwei Triebwerken zu entwerfen: die 777.

Sie müssen sich an die Ära erinnern, in der das Flugzeug entworfen wurde. Die Motoren waren nicht so stark, also brauchten sie vier, um in die Luft zu kommen, und vier, um Langstreckenflüge über Wasser zu fliegen. Es gibt jetzt Triebwerke, die diese Aufgabe paarweise erledigen könnten, aber die 747 müsste drastisch umgestaltet werden, da der Flügel unter anderem zu niedrig ist, um die Monstertriebwerke in Flugzeugen wie der 767 und 777 aufzunehmen. Was Boeing noch einmal überdenken sollte, war eine abgebrochene 3 -Motordesign wie eine große 727. Sie haben sich das schon einmal in den 60er Jahren angesehen, aber die Motoren waren noch nicht da. Jetzt wäre ein guter Zeitpunkt, um es sich noch einmal zu überlegen.