¿Podemos eliminar el tanque central de los grandes aviones de pasajeros?

Esta es una pregunta de seguridad sobre el combustible y los incendios. Todo esto se refiere a la aviación comercial para grandes aviones de pasajeros.

La mayor parte del combustible se almacena en las alas, pero en los aviones más grandes también hay un tanque central para los vuelos más largos. Es este tanque central lo que me preocupa. En caso de incendio, este parece ser el tanque más peligroso.

Obviamente me preocupan los incendios en el fuselaje, o muy cerca de él. Obviamente, aquí es donde está toda la gente y no queremos humo ni llamas allí, pero recuerde también que hay botes de oxígeno en el techo que, si se calientan o se llenan de combustible, explotarán.

El combustible para aviones es inflamable por su naturaleza. Esto no se puede cambiar porque su propósito es hacer combustión en un motor de combustión interna. Entonces, parece que lo mejor que podemos hacer es mantener el combustible lo más lejos posible del fuselaje, para que sea poco probable que el combustible provoque un incendio allí (inicialmente).

¿No hay algún lugar donde podamos mover este tanque central? Algunas ideas que se me ocurrieron: almacenar combustible en cuerpos antichoque en las alas (o podrían ser solo pequeños cuerpos sears-haack en las alas); almacenar combustible en el empanaje; almacenar combustible en góndolas que tienen un diámetro mayor que el propio motor, para dejar espacio para el combustible.

Otra idea exótica: ¿es posible diseñar el ala de manera que la falla estructural más probable ocurra primero cerca de la punta del ala en lugar de la raíz del ala? Esto derramaría el combustible más lejos del fuselaje. (Tuve esta idea de un accidente de Boeing 747 realmente extraño en los Países Bajos, donde un motor saltó y luego volvió a caer en el otro motor, causando pérdidas de 2 motores. Dijeron que algunos pines estaban diseñados para fallar primero por una falla más "benigna", pero aparentemente esos pasadores de pilón fueron diseñados incorrectamente).

Sin embargo, hay una advertencia más complicada: la línea de alimentación cruzada para equilibrar las cargas de combustible en las alas. Si eliminamos esta línea, aumentamos las peligrosas consecuencias de un desequilibrio de combustible. Pero es interesante pensar en qué podría causar un desequilibrio de combustible importante además de una fuga, en cuyo caso no se debe abrir la válvula de alimentación cruzada. No puedo pensar en nada, así que me inclino por la opinión de que esta línea también se puede eliminar.

EDITAR: Gracias a bodargpd por señalar esto. Perder un motor en vuelo significa que las tasas de consumo serán muy diferentes. Sin una línea de alimentación cruzada, todo ese combustible en el otro ala no está disponible y es posible que tengamos que abandonar antes de tiempo. Por lo tanto, la línea de alimentación cruzada sigue siendo necesaria. Sin embargo, sigo diciendo que esto es mucho menos peligroso que un tanque de combustible central. También sería bueno si diseñáramos la línea de alimentación cruzada para que fuera más débil en los lados, por lo que cualquier fuga probablemente se encuentre lo más afuera posible del fuselaje.

Para resumir, la pregunta básica es, ¿podemos mover de manera viable el volumen de combustible del tanque central a algún lugar fuera del fuselaje?

EDITAR: No estoy principalmente preocupado por las explosiones de combustible. Lo que más me preocupa son las fugas de combustible durante los aterrizajes forzosos de emergencia. Prefiero tener una fuga de combustible en el ala que en el fuselaje.

Si explota en el ala o el fuselaje, el efecto probablemente será el mismo, y considerando lo raras que son las explosiones de tanques centrales (conozco dos ejemplos, solo uno, TWA 800, fue fatal), no estoy seguro de que esto sea realmente un problema importante . El mayor problema son los tanques vacíos, no los llenos.
Digamos que pierde el motor izquierdo en un avión de dos motores. Bajarás a una altitud más baja y estarás a una velocidad más baja. Si elimina la línea de alimentación cruzada, ha perdido el acceso a todo el combustible en el ala izquierda y, al estar ahora bajo y lento, es posible que necesite ese combustible. Si está en medio de un océano, no poder usar ese combustible puede significar que tendrá que deshacerse de él. Solo como una cuestión de opinión de un anciano, pasé 10 años en aviones 747-100/200 con tanques centrales que contenían, según recuerdo, alrededor de 340,000 libras, y nunca me sentí incómodo por eso, incluso después de TWA 800.
Creo que la mayoría de los vuelos comerciales de pasajeros usan generadores de oxígeno químico y no tienen O2 comprimido almacenado en botellas sobre los asientos. Me imagino que esos son mucho menos peligrosos en un incendio que los cilindros de O2.
@FreeMan No necesariamente; Los generadores químicos de oxígeno siguen proporcionando oxígeno. Los generadores de oxígeno químico que alimentan un incendio en la bodega de carga fueron el problema en el accidente del vuelo 592 de ValuJet , por ejemplo.
@bogardpd Fue un problema porque estaban embalados incorrectamente, llevaban demasiados y estaban almacenados junto a un neumático. Cuando se instalan, generan la misma cantidad de calor, pero no representan un riesgo de incendio.
¿Cómo propone diseñar un ala para que falle en la punta en lugar de en la raíz? Hay muy poca carga en la punta, por lo que no hay nada que haga que falle allí. De hecho, cada vez que algo golpea el ala, el ala casi tiene que romperse en algún lugar entre el punto de impacto y la raíz, porque ahí es donde se aplica el par.
¿Por qué los aviones no pueden usar tanques de kevlar estilo F1 como combustible, lo que evitaría que sean incinerados en caso de un accidente?
Podemos resolver la mayoría de los casos si decidimos quemar primero el tanque central. Para el motor que sale en el despegue, siempre hay que tirar combustible por la borda.
@RonBeyer: No necesariamente: las explosiones de tanques laterales son, ocasionalmente , sobrevivientes.
@RonBeyer Recuerdo que me dijeron que los aviones no "explotan", solo tienen un fuego intenso.

Respuestas (4)

Supongo que está hablando de la seguridad de los pasajeros en caso de un impacto contra el suelo; si algo sucediera en el aire, realmente no importaría si fuera en el fuselaje o en una de las alas.

Mover el combustible a otro lugar tendrá implicaciones en el centro de gravedad. Moverlo a wing pods o góndolas lager en particular aumentaría la resistencia, lo que requeriría que el avión tuviera aún más combustible a bordo, lo que parece contraproducente para disminuir el riesgo de combustible para los pasajeros (y, por supuesto, aumentaría sustancialmente el costo de operación). el vuelo).

Algunas aeronaves militares transportan combustible en cápsulas de combustible extraíbles debajo de las alas (en particular, los cazas que se transportan a algún lugar, donde el aumento de la resistencia/tiempo entre recargas de combustible es más importante que el rendimiento para esa misión en particular) . Sin embargo, eso es menos un diseño de seguridad y más la falta de otro lugar para poner el combustible extra en un avión pequeño.

Si falla un motor, la tasa de consumo de combustible será diferente en cada lado del avión. Aunque ambos son raros, es probable que haya muchas más situaciones en las que diferentes alas usen combustible a diferentes velocidades que situaciones en las que sería peligroso tener alimentación de combustible debajo del cuerpo. Si eso es cierto, quitar la línea de alimentación cruzada sería más peligroso que dejarla.

Sí, me preocupa el impacto en el suelo (aterrizajes bruscos en caso de emergencia), no las explosiones de combustible en el aire. Edité el OP.
Retirar el tanque de combustible central no significa que no tenga que tener una línea de alimentación entre los dos tanques laterales. Si aceptamos la hipótesis de la pregunta, seguramente es más seguro tener una tubería de combustible que atraviese el fuselaje que tener un tanque que contenga miles de litros de combustible allí. Esa tubería estaría protegida por válvulas cerradas en cada tanque de ala, por lo que tendría una cantidad relativamente pequeña de combustible, en comparación con un tanque.
@DavidRicherby: ¿Te refieres a la disposición del tanque en el 777-200?

Ampliando la respuesta de bogardpd: mover el combustible del centro a las alas también alterará el peso y el equilibrio. Cuando el avión rueda, dado que la masa está más alejada del centro de rotación, el momento de inercia aumenta. Lo que significa una respuesta más lenta y la necesidad de alas más fuertes, lo que significa más peso, lo que significa alas aún más fuertes... Entiendes la idea.

Pero el peso en las puntas de las alas mejora la estabilidad del balanceo, o eso podemos leer en Aviation Stack Exchange.
tener más combustible en el ala da alivio a la flexión, reduciendo el peso...?

Sí, el combustible del tanque central se puede mover a otro lugar en el avión. Aunque es mucho combustible.

Algunas ideas que se me ocurrieron:

  • Almacene combustible en cuerpos antichoque en las alas (o podrían ser solo pequeños cuerpos sears-haack en las alas). Técnicamente posible, pero habrá una gran cantidad de pods.
  • Almacene combustible en el empanaje. Esto ya se ha hecho para la eliminación de la resistencia al avance del ajuste de crucero.
  • Almacene el combustible en góndolas que tengan un diámetro mayor que el propio motor, para dejar espacio para el combustible. Estos serían enormes y el combustible estaría directamente alrededor de la fuente de calor de la cámara de combustión.

Todo esto es técnicamente posible, pero ¿realmente hay algún problema que resolver? El tanque central es el primero en vaciarse, ya que el combustible en el ala proporciona alivio de flexión.

Todas las soluciones introducirían problemas económicos: el arrastre adicional hace que nuestros boletos sean más caros.

¿Es posible diseñar el ala de tal manera que la falla estructural más probable ocurra primero cerca de la punta del ala en lugar de la raíz del ala?

La raíz del ala tiene las mayores tensiones debido al momento de flexión y, lamentablemente, fallará primero.

Probablemente más seguro en el vientre que en cualquier otro lugar debido a problemas de estrés, flexión y equilibrio de peso. Las alas estarían más cerca del CG de cabeceo, pero cargarlas con combustible afectaría la velocidad de balanceo, así como la posibilidad de crear un movimiento de "chapoteo" desigual y repugnante que podría afectar la comodidad de los pasajeros.

La solución se llama "inertizar" o eliminar uno de los componentes de chispa, oxígeno o combustible que necesita un incendio. El nitrógeno no respaldará la combustión del combustible para aviones, por lo que llenar el tanque de combustible con nitrógeno mejora en gran medida la seguridad. El nitrógeno es barato y un flujo suave en el tanque evitará que incluso los líquidos volátiles se enciendan.

La flexión no es un buen argumento, ya que el alivio de la flexión es la razón por la que los tanques laterales se vacían en último lugar. La parte inferior también es el área más expuesta de la estructura del avión en caso de un choque o incluso un aterrizaje con el tren arriba, por lo que no creo en el argumento de "más seguro". Con respecto a la inertización, el nitrógeno es barato, pero los tanques no lo son, en cuanto al peso, consulte este informe: fire.tc.faa.gov/pdf/TG3.pdf
@AEaquí entiendo que la carga a lo ancho proporciona alivio de flexión para las alas, pero ¿qué pasa con las líneas de combustible? Las alas se doblan. Tal vez soy anticuado, ¡pero poner el tanque de combustible donde estaba la bahía de bombas parece bueno! Yo también evitaría los choques, pero un diseño ruso de GNC colocó el tanque ARRIBA del compartimiento de pasajeros. Nota final sobre "sloshing" o "Dutch Roll", conseguir ese peso en el centro y construir buenas alas fuertes sería mi enfoque.
@RobertDiGiovanni uh, eso aumenta de peso. Y hay una piscina más grande para que te caigas en caso de accidente.
La inertización (después de la purga) requiere muy poco flujo. Solía ​​medir el flujo de nitrógeno en mis reactores simplemente observándolo burbujear a través de una trampa de aceite. Los problemas de peso serían mínimos.
¿Podemos eliminar el tanque central de los grandes aviones de pasajeros?
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