¿Cómo impacta el avión en el cabeceo tener un motor más grande colocado un poco más adelante y más alto?

Estoy preguntando sobre la aerodinámica general de los jets gemelos debajo del ala. No busco información/especulaciones sobre los sistemas/choques del Max 8, pero menciono el choque a continuación porque lo veo como algo poco claro (al menos para mí). ) explicación:

En respuesta al vuelo 610 de Lion Air , leehamnews.com escribió:

Todos los objetos en una aeronave colocados delante del centro de gravedad contribuirán a desestabilizar la aeronave en cabeceo.

  1. Pero como señaló acertadamente un comentarista, el motor de avance no movería también el CG hacia adelante.

Y luego:

[G]enando un ángulo de ataque cercano al ángulo de pérdida de alrededor de 14°, la góndola del motor previamente neutra genera sustentación. Una sustentación que la aeronave siente como un momento de cabeceo (ya que está por delante de la línea CG), ahora más fuerte que en el 737NG. Esto desestabiliza el MAX en tono a ángulos de ataque (AOA) más altos.

  1. Leo esto como autoridad de tono insuficiente, no inestabilidad de tono. Siguiendo el texto anterior, también me imagino que la fuerza desestabilizadora es un arrastre desde la parte inferior de la góndola más grande, no un levantamiento. Por ejemplo, la relajada estabilidad de cabeceo del MD-11 justificaba un sistema LSAS , pero no un sistema especial antibloqueo.

Traté de buscar una explicación oficial de por qué se agregó MCAS para comprender la aerodinámica general , pero el informe preliminar no lo menciona.

He presentado lo que me tiene confundido, pero la pregunta es la del título, sobre aerodinámica general, no 737 Max o MCAS.

"la fuerza desestabilizadora debe ser un arrastre desde la parte inferior de la góndola más grande, no levantar" el componente perpendicular al flujo de aire es levantar por definición. y dada la actitud del avión, probablemente habrá un poco de ambos
No existe tal cosa como elevación y arrastre físicos distintos. Ambas cosas son solo construcciones lógicas artificiales utilizadas por ingenieros y programadores de computadoras para facilitar los cálculos y como un mecanismo lógico para ayudar a visualizar lo que está sucediendo. En realidad, las fuerzas en un avión son creadas por la presión de aire normal (perpendicular) que empuja cada pequeña pieza del revestimiento del avión. "Elevación" es solo la suma de todos los componentes de las fuerzas individuales perpendiculares al vector de trayectoria de vuelo, y "arrastre" es la suma de todos los componentes que son paralelos al vector de vuelo.
"Todos los objetos en un avión colocados delante del centro de gravedad contribuirán a desestabilizar el cabeceo del avión". incorrecto o, en el mejor de los casos, engañoso. Mejor sería "Los objetos colocados delante del centro aerodinámico (AC) desestabilizan el cabeceo de la aeronave en la medida en que mueven el CA hacia adelante (para objetos colocados externamente) y cuando están delante del CG, estabilizan el cabeceo de la aeronave en la medida que hagan avanzar el CG".
@Charles Bretena mover el CG hacia adelante requiere más fuerza de recorte en la cola. El problema con la corrección del desequilibrio de peso aerodinámicamente es que solo funciona a una velocidad, por lo que requiere un control constante con la computadora. Sin cambios, la configuración de compensación más alta provocará una mayor elevación del morro a medida que aumenta la velocidad. Una vez que el AOA aumenta hasta el punto en que las góndolas se suman para cabecear, la fórmula de estabilidad cambia y ahora requiere menos fuerza descendente en la cola. 3 variables de tono, cambiando a diferentes AOA y velocidad.
Con respecto a la moldura del estabilizador horizontal, OK Ralph J, ¿moveremos todo el conjunto Hstab para establecer el cabeceo en crucero y tener una pestaña de compensación para las aletas? (y un ascensor también). Parece que pusieron demasiados huevos en una canasta cargando a un Hstab ya pequeño con la tarea de salvar el avión de un cabeceo excesivo. Había propuesto un ascensor más grande con tarifas duales para hacer esto, manteniéndolo bajo control piloto.
Pero es posible que estemos llegando a alguna parte con el cambio de cabeceo con la configuración de los flaps (debido al aumento de la corriente descendente en la cola), ya que alargar el fusible puede no solo reducir esto, sino también darle a la cola un momento de torsión mayor.
Un Hstab más grande para compensar el cabeceo del área de la góndola dejaría solo el desequilibrio de peso para corregir, ¿y adivinen qué? ¡Un Hstab más grande pesa más! (y también da una mayor estabilidad de tono). Tenga en cuenta que con un montaje de motor de estilo Cri-Cri, el empuje proporcionaría un cabeceo hacia abajo. Algunos diseños de la Fuerza Aérea de la década de 1950 tenían soportes de motor a reacción de fusibles delanteros, ¡pero a los latón les gustaban en las alas! Ahora puede mover el ala hacia adelante, aumentando aún más la autoridad de par de cola. Dado el récord de choques (más de 70) de este modelo, parece necesario un rediseño.
@Robert, su respuesta a mi comentario solo es cierta para los objetos externos colocados delante del CG. De lo contrario, ¿por qué cambiaríamos el combustible de los tanques de popa a los tanques de proa para mejorar la estabilidad? Usted dice que "mover el CG hacia adelante requiere más fuerza de recorte en la cola". ¡Totalmente cierto! ¡Y esto es una indicación de que la aeronave tiene una mayor estabilidad estática positiva!
El montaje externo de área y peso hacia adelante dará resultados mixtos en la estabilidad del cabeceo dependiendo de la velocidad y el AOA. La "estabilidad de cabeceo positiva" excesiva, exagerada, significa que la mayor parte de la autoridad de cabeceo se está utilizando para recortar. Es una condición desequilibrada. En un vuelo más lento, esto se vuelve más difícil de controlar. Usar el peso para tratar de controlar las deficiencias aerodinámicas solo funciona a una velocidad, pero el cambio de combustible se realizó con éxito en el Concorde. El problema con las góndolas grandes es más aerodinámico, exacerbado por la potente entrada de aire del motor a reacción. Mucho para que lo maneje cualquier diseño de Hstab.
No estoy seguro de lo que quiere decir con "desequilibrado", pero estoy completamente de acuerdo en que demasiado adelante de un CG es malo, por varias razones. (Como usted menciona, arrastre de compensación excesivo, autoridad reducida del elevador de morro hacia arriba, lo que aumenta la velocidad aérea mínima controlable, y otros, pero la estabilidad reducida no es uno de ellos. Asumiendo que AC es el mismo, mover el CG hacia adelante aumenta la estabilidad longitudinal estática (cabeceo).
Por cierto, estoy completamente de acuerdo con su comentario a continuación sobre cómo abordar los problemas de diseño aerodinámico deficiente con el software.

Respuestas (3)

Esta es una respuesta de "Creo" en lugar de "Lo sé", por lo que si no está de acuerdo, no dude en explicar por qué.

En vuelo normal recto y nivelado no debería tener un impacto significativo. Pero en un AoA alto, al menos una parte significativa de los motores están por delante y, lo que es más importante, por encima del CG. La góndola producirá sustentación y arrastre, el efecto resultante de ambas fuerzas, al estar por encima del CG, será un momento de cabeceo hacia arriba.

Incluso si esta fuerza adicional por sí sola no es suficiente para hacer que la aeronave se vuelva inestable en cabeceo, requerirá que los pilotos hagan un comando de morro hacia abajo más fuerte, pero cuando estás tan cerca de una pérdida, quieres que sea tan fácil como sea posible.

Como las góndolas se cuelgan debajo del ala (montada en la parte baja), en realidad podrían estar debajo de la extensión del vector de trayectoria de vuelo que pasa por el CG.
Este es mi entendimiento, también. El MCAS en realidad no pretende evitar una entrada en pérdida, es hacer que el control de cabeceo se sienta más lineal y evitar un cambio de paso en la relación entre la fuerza de la columna y la tasa de cabeceo cuando el "inicio" de elevación de la góndola proporciona repentinamente una "patada" adicional hacia arriba durante un cabeceo hacia arriba. maniobra.
Patada de elevación de la góndola, alas en flecha, estabilizador horizontal demasiado pequeño, línea de empuje baja, sensor defectuoso. ¿No es hora de dejar de enmascarar la mala ingeniería con software? No hay necesidad de arriesgarse a caminar más y más hacia la inestabilidad con transportes civiles. No podemos ignorar lo que hace que las cosas vuelen estables, volviendo a la lanza y la flecha. Echa un vistazo al Boeing YC-14 y al B-52.
Estar por encima del CdG no hace ninguna diferencia. Está por delante del CdG lo que marca la diferencia. Piense en ello como un balancín con el fulcro en el CdG. Cualquier fuerza hacia arriba aplicada a un lado del balancín provocará un momento de cabeceo hacia arriba en ese lado, independientemente de si ese lado está actualmente por encima o por debajo del punto de apoyo. Los fondos de las góndolas del motor normalmente estarán muy por debajo del CoG de un avión comercial.

Colocar un motor más grande (chorro de paso alto) un poco más adelante y más alto (en el ala) impacta el avión de dos maneras.

  1. Mover el motor hacia adelante mueve el centro de gravedad hacia adelante, lo que requiere más fuerza hacia abajo en la cola (a menos que se ajuste la ubicación de la carga/combustible). Generalmente, el centro de gravedad delantero mejora la estabilidad direccional, pero solo se puede ajustar para una velocidad.

  2. Mover el motor hacia adelante crea más área por delante del centro de sustentación visto directamente desde debajo de la aeronave, lo que afecta la estabilidad de cabeceo en ángulos de ataque más altos. La solución para mejorar la estabilidad de cabeceo es agregar área detrás del centro de sustentación, generalmente en el estabilizador horizontal. Otra solución es tapar el Hstab (como la cola del B-24 Liberator) para hacerlo más efectivo.

Comprender la aerodinámica general es clave aquí. Una aeronave muy estable en cabeceo (donde Hstab solo permite cambios muy lentos en AOA) con un elevador muy suave (ridículamente seguro para transportes civiles) es lo que puede ser mucho más deseable para esta aplicación.

No te voté en contra. Sin embargo, ¿qué evidencia tiene de que MAX sufre un problema de estabilidad de tono?
Estoy esperando noticias de Boeing. El consenso aquí parece ser que, bajo ciertas condiciones de AOA y velocidad aerodinámica, el motor más grande colocado hacia adelante (a pleno empuje) degrada la estabilidad del cabeceo. El video de los momentos finales de Lion también es muy conmovedor. Mi sensación es que la explosión del motor de ajuste superior puede estar "coandando" el empenaje (tirando de él hacia la corriente de aire). El lavado hacia abajo que afecta el empenaje también puede ser un problema. El concepto de monstruo gemelo parece estar funcionando bien en el 777, y el 757 todavía está en producción como carguero, por lo que es posible que tengan alguna forma de arreglarlo u otras opciones para seguir.
Los datos aerodinámicos son propietarios, por lo que a menos que seas un aerodinámico de Boeing que haya trabajado en este programa, todo es una conjetura. No vi ningún informe confiable sobre las características de pérdida que empeoran con el empuje máximo. Los efectos no lineales de alta incidencia son complejos, especialmente con choques a alta velocidad, no veo por qué se puede reducir a "Boeing debería haber usado una cola más grande".
@Jimmy en realidad me gusta mucho más el 727. También puede ser una cuestión de dónde poner la cola (y los motores). Pero el producto terminado, especialmente para el servicio de pasajeros, debe ser tan simple y fácil de volar como sea posible. Mi primera curiosidad sería evaluar el flujo de aire en AOA alto. Buscaría una cola más grande como una posible solución, quizás con el mismo ancho de borde de ataque pero mayor profundidad (aspecto inferior). ¡Espero que la compañía pueda "reducirlo", manteniendo el destilado, no los fondos!
Lo siento, pero aumentar el tamaño de la cola para ayudar con Fs/g en Transonic Mach e ID de pérdida parece bastante exagerado. Estarías sobre diseñando para casi todo el sobre. No entiendo tu comentario sobre LE. ¿Estás hablando de hstab LE? ¿Por qué importaría eso, en absoluto?
@Jimmy echa un vistazo aa B-52 Hstab, y también pájaros voladores. Buitres negros y cóndores en particular. La naturaleza diseñó la cuña como un complemento perfecto para tus enormes alas voladoras. Las aves incluso tienen una geometría variable, abriéndolas en abanico para aumentar el área cuando alcanzan un AOA alto, justo antes de aterrizar. Si supiera la solución exacta. Estaría enviando mi currículum en este momento. Pero hay una gran base de datos histórica para que todos los diseñadores investiguen. Espero que lo arreglen pronto.
"Generalmente, el CG hacia adelante mejora la estabilidad direccional, pero solo se puede ajustar para una velocidad". ¿Eh? Casi todos los aviones que no son de combate ni están diseñados para acrobacias aéreas tienen un CG delantero y son capaces de ajustarse a muchas velocidades aerodinámicas diferentes.
@reirab. Por supuesto, los aviones se pueden ajustar para diferentes velocidades, pero con un conjunto de centro de gravedad delantero, la carga aerodinámica se aplica en la cola. Si cambia de velocidad, debe volver a recortar. Esto se llama "estabilidad estática". El trimado para una velocidad es una excelente característica de seguridad para aproximaciones de aterrizaje bajas y lentas. "Casi todos los aviones" pueden necesitar un mejor calificador, ya que se puede ahorrar combustible al eliminar la resistencia al ajuste. Pero el avión en cuestión parece estar de regreso, y les deseo lo mejor.
@RobertDiGiovanni Sé qué es la estabilidad estática longitudinal; Acabo de encontrar que su declaración de que "el CG hacia adelante ... solo se puede recortar para una velocidad" es bastante confusa. Esa oración parece decir que solo puede recortar un avión determinado para una velocidad aerodinámica si tiene un centro de gravedad delantero, lo que obviamente es incorrecto (como dijo en su comentario, simplemente puede volver a recortar para cambiar la velocidad aerodinámica recortada).

Todos actúan como si la sustentación producida por las góndolas del motor solo actuara para aumentar la cantidad de fuerza descendente requerida de la cola horizontal y el esfuerzo del piloto para causar esta mayor fuerza descendente.

De lo que no se habla es de que la sustentación producida por las góndolas del motor está por delante de la sustentación producida por el ala, lo que da como resultado que el vector de sustentación total del avión avance. A medida que aumenta el AOA, la sustentación de las góndolas aumenta de manera no lineal (más de lo que cabría esperar). Creo que esto hace que el centro de sustentación total del avión se desplace hacia delante del centro de gravedad. Bajo esta condición, un aumento en el AOA da como resultado un mayor momento de cabeceo que puede resultar muy rápidamente en una condición de fuga y pérdida.

El problema del 737 MAX es aerodinámico y no puede ser solucionado por el MCAS, que originalmente estaba destinado a ser una mejora de la estabilidad longitudinal.

El MCAS es una función de compensación automática que solo se activa bajo algunas condiciones, lo cual es un poco diferente a la mejora de la estabilidad longitudinal que se puede considerar como un dispositivo que actúa en todo el entorno de vuelo. Cuando no se dispara, el 737 MAX parece no tener problemas aerodinámicos.
MCAS no es una mejora de la estabilidad longitudinal. Originalmente fue diseñado como una mejora de la estabilidad de maniobra.
¿Cómo impacta el avión en el cabeceo tener un motor más grande colocado un poco más adelante y más alto?
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