¿Por qué el 747 tiene 4 motores en lugar de 2?

Simplemente, más motores = más potencia, y se necesita potencia para varias cosas, la primera de las cuales es despegar. Con el peso máximo de despegue, un avión multimotor debe poder perder un motor (después de alcanzar la velocidad de avance/no avance) y continuar el despegue de manera segura, lo que significa que si apenas pudiera volar con 3 motores, va a tener que tener 4 para cumplir con los requisitos de certificación (seguridad). Para los increíbles pesos que puede transportar el 747, necesita algunos motores bastante potentes, y los 4, para despegar completamente cargado y cumplir con este requisito. (Curiosamente, si la aeronave está vacía y puede continuar el despegue con seguridad en 2, generalmente se le permite despegar con un motor que ya no funciona, por ejemplo, para transportarlo a una base de mantenimiento. Pero esto no requiere pasajeros / carga, y por lo tanto, un avión muy ligero.)

En la altitud de crucero, más empuje significa que es posible una mayor altitud de crucero, lo que mejora la eficiencia del combustible. Entonces, mientras que un avión de 4 motores ciertamente puede volar con 3 motores, y en muchos casos (dependiendo del peso y la temperatura del aire exterior) con 2, no puede volar tan alto como lo haría con los 4. La mayor altitud de crucero no solo hace que el vuelo sea más eficiente, también lo mantiene por encima de gran parte del clima y, en casos extremos, es posible que un techo de dos motores no despeje todo el terreno en su ruta. (Nuevamente, esto depende del peso y la temperatura).

Los motores modernos tienen una confiabilidad sorprendente, y ahora se considera rutinario enviar los bimotores 777 y 767 y A330 en largas rutas sobre el agua, pero hace 50 años, la confiabilidad no era tan buena, por lo que se consideró esencial tener la redundancia para que si un motor fallaba en medio del océano, todavía había un margen cómodo, y ahora no estabas "a un motor de distancia" de ir a nadar.

Además de lo mencionado por Ralph, hasta mediados de la década de 1980, las regulaciones requerían que las aeronaves que operaran rutas largas sobre el agua u otras rutas similares sin lugares para desviarse en caso de emergencia debían tener al menos 3 motores. Específicamente, esto se aplicaba a cualquier ruta que estuviera a más de 60 minutos de un campo de desvío en áreas sujetas a las regulaciones de la FAA y 90 minutos en otros lugares. Los aviones utilizados en estas rutas durante esa época consistían en aviones de 4 motores como el De Havilland Comet , Boeing 707 , Douglas DC-8 y Boeing 747 , así como aviones de 3 motores como el McDonnell Douglas DC-10 y Lockheed L- 1011 triestrella. Estas regulaciones se debieron a que históricamente los motores no habían sido tan confiables como lo son hoy. Esto fue especialmente cierto en el caso de los motores de pistón utilizados antes de la era de los reactores, pero también en los primeros motores de reactores.

Entonces, para responder específicamente a su pregunta, para atender las rutas transatlánticas y transpacíficas de larga distancia para las que estaba destinado el Boeing 747, se requería tener al menos 3 motores. Aparentemente, Boeing decidió que prefería ir con 4 y mantenerlos todos montados en alas. Esto tampoco requirió tanta potencia de empuje por motor, lo que hizo que los motores fueran más fáciles de diseñar, especialmente en ese momento.

Sin embargo, en la década de 1980, los motores a reacción se habían vuelto lo suficientemente fiables y potentes como para que se desarrollara una nueva clase de normas denominadas ETOPS (anteriormente "Estándares de rendimiento operativo de dos motores de rango extendido", ahora "Operaciones extendidas") para permitir que los aviones bimotores para volar rutas en el extranjero, siempre que cumplan con ciertos estándares. El primer avión certificado para este tipo de operaciones fue el Boeing 767, al que se le permitió realizar operaciones transatlánticas para TWA. Su certificación ETOPS inicial permitió al 767 volar hasta 90 minutos lejos de un campo de desvío y luego se incrementó a 120 minutos después de que TWA demostró éxito con la certificación de 90 minutos. Sin embargo, las regulaciones originales de ETOPS todavía limitaban las aeronaves a un máximo de 120 minutos de ETOPS al entrar en servicio y 180 minutos de ETOPS solo se permitían después de al menos un año de operación exitosa con 120 minutos de ETOPS. Así, las aeronaves diseñadas durante este período para operaciones de largo radio, especialmente transpacíficas, como el MD-11 y el Airbus A340, todavía iba con diseños de 3 o 4 motores. Desafortunadamente para Airbus y McDonnell-Douglas, esos aviones se lanzaron justo cuando la FAA comenzó a permitir ETOPS de 180 minutos en el momento del lanzamiento.

El recién desarrollado Boeing 777fue el primer avión en calificar para ETOPS de 180 minutos al entrar en servicio. En gran parte como resultado de la eficiencia que ganó al tener solo 2 motores, el 777 derrotó al A340 en ventas, lo que llevó al programa A340 a una muerte prematura. Poco después, Boeing adquirió McDonnell Douglas y cesó la producción del MD-11. Con el 777 ahora autorizado para volar, no solo rutas transatlánticas, sino también transpacíficas, la necesidad de aviones de tres o cuatro motores para volar esas rutas desapareció. Luego, el 777 fue seguido por el A330, 787 y A350 para poder servir esas rutas. Cada uno de estos programas ha tenido mucho éxito, sin embargo, su éxito ha resultado en gran medida en la muerte inminente de los modelos de tres y cuatro motores del pasado. El A340 ha detenido la producción por completo. El 747 y el A380 han tenido pocos pedidos nuevos en los últimos años, dando lugar a la posibilidad de que ambos programas sean cancelados. Según Wikipedia, a fines de mayo, el A380 no ha tenido nuevos pedidos netos en lo que va de 2015 y el 747 solo ha tenido 3 (y ninguno en 2014).

Como se indicó anteriormente, en el pasado, las características de la aeronave y la certificación de empuje de los motores exigían que el diseño de la aeronave incluyera 4 motores para cumplir con las diferentes regulaciones de ETOPS y varios escenarios de pérdida de motor que se pueden encontrar durante cualquier fase de vuelo.

¡Mirando las estadísticas podemos ver que durante los últimos 30! años, alrededor de 15 aviones de pasajeros (es decir, líneas aéreas) se vieron obligados a realizar un aterrizaje con planeo debido a diversas razones. De estas aeronaves, ninguna se debió a una falla del motor Dual causada por un mal funcionamiento técnico. La mayoría se debieron al agotamiento del combustible, algunos debido a un error del piloto (apagar el motor incorrecto después de un mal funcionamiento) y 2 (recientemente) debido a colisiones con aves. Esto lleva a la conclusión de que un avión de 4 motores no sería inmune a los peligros que condujeron a los aterrizajes forzosos de los mencionados anteriormente, tal vez a excepción de los choques con aves, pero es muy difícil hacer una evaluación estadística del riesgo debido a varios componentes de las bandadas encontradas, tamaños y patrones de las aves.

Los motores de hoy son súper confiables (a partir de 2019 hay algunos problemas con los motores de los 787, pero se solucionan mientras hablamos) y se puede deducir que tener más motores en realidad trae más posibilidades de fallas, por lo que hoy en día es seguro decir que la consideración principal para el diseño de aeronaves y el número de motores es el peso final de la aeronave y la cantidad de empuje necesaria para cumplir con todos los gradientes de ascenso especificados y, por supuesto, alcanzar una velocidad relevante para despegar en la mayoría de las pistas de el mundo que están limitados por la longitud o los obstáculos.

Por cierto, si bien perder 1 motor en un avión de dos motores puede ser un desafío, perder un motor externo en un 747 durante el despegue da como resultado una gran asimetría de guiñada, lo que lo hace aún más desafiante debido a la distancia desde el centro del avión. .

Entonces, teóricamente hablando, no hay razón para que el B747 tenga 4 motores. Tendrían que ser más grandes que el GE9X para poder llevarlo, lo que conllevaría un rediseño del avión que prácticamente no tiene justificación. Si las aerolíneas descubrieran que puede ser más rentable operar todos los aviones con 4 motores (incluida la evaluación de riesgos, la inversión y el costo de desgaste), habríamos visto más y más aviones volando.

El 747 nació a mediados de la década de 1960, como una alternativa al Boeing 2707 SST. Para cubrir sus apuestas, el 747 también fue diseñado para convertirse en un carguero. De ahí el bulto en la parte delantera y la cabina montada en la parte superior, para facilitar una puerta de carga de apertura frontal. Cuando se canceló el 2707 debido a los sobrecostos y al aumento de los precios del combustible, afortunadamente Boeing tenía el 747 en marcha.

En ese momento, los motores de turbina de gas tenían una potencia de salida limitada. El 747 fue la primera aplicación comercial a gran escala de turboventiladores de alto bypass, una tecnología bastante nueva. Para satisfacer las necesidades de energía de un avión con el peso y la capacidad de carga del 747, se requerían cuatro motores. También se requerían para vuelos largos sobre el océano, para asegurar que la aeronave pudiera tocar tierra en caso de pérdida de un motor... las turbinas de gas en los años 60 no eran tan confiables como lo son hoy.

Una vez que se establece el diseño, modificarlo más tarde para cambiar a dos de las nuevas turbinas de gas muy grandes que salieron en los años 90 habría sido prohibitivamente costoso. Más sencillo diseñar un nuevo avión grande con dos motores en mente: el 777.

Hay que recordar la época en la que se diseñó el avión. Los motores no eran tan potentes, por lo que necesitaban cuatro para volar y cuatro para volar rutas de larga distancia sobre el agua. Ahora hay motores que podrían hacer el trabajo en pares, pero el 747 tendría que ser rediseñado drásticamente porque, entre otros problemas, el ala es demasiado baja para acomodar los motores monstruosos en aviones como el 767 y el 777. Lo que Boeing debería reconsiderar fue un 3 abortado. -diseño del motor como un gran 727. Lo miraron una vez en los años 60, pero los motores aún no estaban allí. Ahora sería un buen momento para reconsiderar.