¿Por qué la mayoría de los aviones comerciales tienen motores debajo de las alas, mientras que los jets comerciales tienen motores montados en la parte trasera?

¿Por qué los aviones comerciales modernos convergieron en una configuración con dos u ocasionalmente cuatro motores debajo de las alas, mientras que los jets de negocios modernos convergieron en una configuración con dos u ocasionalmente tres motores montados en la parte trasera?

Por supuesto, estoy al tanto de los muchos aviones de pasajeros anteriores con motores montados en la parte trasera, con el DC-9 y el MD-80 y los derivados posteriores que continuaron en producción hasta hace poco tiempo, pero aún parece justo decir que la configuración debajo del ala domina el diseño de aviones de pasajeros modernos. .

Mientras tanto, los jets comerciales utilizan exclusivamente el diseño de motor trasero, a menos que se cuenten los aviones pequeños puestos en servicio comercial, como el Boeing Business Jet. ¿El diseño del motor debajo de las alas simplemente no se reduce bien a algo del tamaño de un avión comercial más pequeño?

Aquí hay una pregunta relacionada con buenas respuestas, pero aún no responde realmente a mi pregunta: ¿ Cómo afecta la ubicación de montaje de un motor a reacción el rendimiento de la aeronave?

Un factor clave que ahora se me ocurre es que los aviones de negocios se abordan con puertas/escalones de aire autónomos, por lo que un fuselaje que se encuentra muy por encima del suelo sería problemático. Los aviones de pasajeros con fuselajes largos tal vez necesiten un tren de aterrizaje bastante largo para proporcionar una distancia al suelo adecuada para la rotación de todos modos, aunque el DC-9 / MD-80 con su ala y tren de aterrizaje muy hacia atrás se sentó bastante cerca del suelo. en la situación de un avión de pasajeros quizás simplemente no hay tanto beneficio de tener un fuselaje de asiento bajo como lo hay en la situación de un jet de negocios.

De interés periférico es este artículo de Wikipedia sobre "escaleras de aire" , que señala algunos casos en los que los aviones de pasajeros en toda regla están equipados con escaleras de aire. Una de las líneas más interesantes es:

El diseño de escalera de aire más inusual se encontró en el Lockheed L-1011, que era una escalera de aire de altura completa que se almacenaba en un compartimento de carga y permitía el acceso desde la puerta de pasajeros de popa derecha al suelo. En última instancia, este diseño era tan grande y pesado, y ocupaba un valioso espacio de carga, que rara vez se usaba.

¿Y la longitud de fuselaje más larga de un avión requiere un tren de aterrizaje más largo para una distancia al suelo adecuada para la rotación de todos modos? ¿Quizás un factor clave es que los aviones de negocios deben poder llegar al suelo con puertas/escalones de aire autónomos?
Continúe y publique eso como respuesta. Fue su comentario anterior (ahora eliminado) lo que me hizo pensar en ese sentido:
Asumes que todos los jets de negocios son pequeños. Boeing fabrica el BBJ a partir del fuselaje del 737. Airbus también tiene una división de aviones corporativos que utiliza los fuselajes de sus aviones.
Una pregunta relacionada con buenas respuestas sobre por qué los jets regionales se están moviendo hacia una configuración con motores debajo de las alas: Aviation.stackexchange.com/questions/25636/…
Relacionado: "Los jets regionales y privados, que a menudo tienen motores montados en el fuselaje, también tienden a operar en aeropuertos más pequeños. Estos aviones se diseñaron con los motores montados en una posición más alta específicamente para reducir el riesgo de ingerir FOD, lo que les permite recuperar energía de forma segura. cuando sea necesario." -- de aviación.stackexchange.com/questions/ 67219/…

Respuestas (3)

Los motores debajo de las alas tienen más ventajas para aviones más grandes, pero debe haber suficiente espacio debajo del ala para montarlos.

Esto fue probado por Boeing en la década de 1960, cuando diseñaron el B737 e hicieron que dos equipos competidores diseñaran previamente ambas configuraciones. La configuración debajo del ala ganó. Cuando Airbus diseñó el A320 dos décadas después, la configuración debajo del ala volvió a ganar con motores mucho más anchos.

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Ventajas del montaje debajo de las alas:

  • Los motores montados en cápsulas debajo del ala reducen el momento de flexión hacia arriba de la creación de sustentación y, por lo tanto, permiten una construcción más liviana.
  • Si las cápsulas sobresalen por delante del ala, el momento de torsión aerodinámico hacia atrás también se reduce: una construcción más ligera.
  • Los motores se pueden alcanzar fácilmente para el mantenimiento.
  • Todo el fuselaje se puede utilizar para carga útil: los motores montados en la cola tienen refuerzos estructurales en el fuselaje entre los motores.

Ventajas del montaje en fuselaje:

  • El momento de guiñada de una falla de un solo motor es más pequeño, lo que permite una cola vertical más pequeña.
  • El fuselaje se puede bajar al suelo y permitir una altura baja del umbral de la puerta.
  • Por lo tanto, el tren de aterrizaje puede ser más corto.
  • Configuración de ala limpia.
  • Cambio de trimado inferior debido al empuje.
  • Menos ruido en la mayor parte de la cabina.

En aviones más pequeños, el momento de flexión y torsión del ala es un problema constructivo relativamente menor que en aviones más grandes. Y, de hecho, estar más cerca del suelo permite abordar más fácilmente a través de escaleras de aire.

Para ver un gran ejemplo del problema de "debe haber suficiente espacio", mire el Boeing 737. Originalmente, tenía motores debajo de las alas, pero a medida que los motores se hicieron más grandes, migraron hacia adelante para obtener suficiente distancia al suelo.
Hay una tercera opción que rara vez se usa: motores sobre las alas. La misma construcción ligera que debajo del ala, pero con un umbral de puerta bajo. AFAIK solo el HondaJet y el impopular avión de pasajeros de los años 60 VFW-614 usan esta configuración.
@Adam: casualmente, esta semana tuvimos esta pregunta que muestra el Beriev Be-200 con motores sobre las alas.
Además, los motores montados en el fuselaje trasero tienden a ser un poco más silenciosos para los ocupantes, una preocupación no trivial para los clientes de aviación privada (jet).
@costrom De hecho, he agregado.
El montaje del fuselaje también tendría la ventaja de reducir la ingestión de escombros, ¿no es así?
¿Los montajes del fuselaje también tienen guiñada reducida en una falla de un solo motor? Ese es el tipo de ventaja que espera no usar, pero si tiene que hacer otros cambios de diseño para controlar una falla de un solo motor, podría ser una gran ventaja.
Esto también influye en el problema subyacente del 737 MAX. Los motores más nuevos y más grandes requerían moverlos aún más hacia adelante, lo que provocó que el avión se comportara de manera indeseable en ciertos casos y requirió la adición de un sistema de seguridad ahora infame.
¿El montaje del fuselaje implica "Menos ruido en la mayor parte de la cabina"? Los motores están más cerca y más directamente unidos a la cabina. ¿No implicaría eso más ruido? Obviamente, un jet pequeño necesitará motores más pequeños, y esto per se implica menos ruido.
Más ruido atrás, menos adelante. Es un lavado al final. En crucero, la mayor parte del ruido proviene del flujo de aire. Los aviones corporativos utilizan un aislamiento acústico extenso y pesado para controlar el ruido, que pueden salirse con la suya porque no transportan a muchas personas.
@DanHulme sí, hay algo menos de guiñada de un solo motor, pero no tanto como pensarías. Todavía tienes que ponerte rápido en el timón después de un corte V1 o gira hacia atrás, aunque la cantidad de entrada del timón es algo menor.
Montaje de @QuoraFeans Wing: la mayoría del ruido en la raíz del ala, cayendo con la distancia en ambas direcciones. Soporte de fuselaje: mismo nivel de ruido en el fuselaje de popa (no hay pasajeros allí debido a los refuerzos estructurales necesarios), disminuyendo con la distancia hacia adelante (la distancia máxima es el doble que la de un soporte de fuselaje medio). El F100 es silencioso como un susurro en la cabina delantera a velocidad de crucero>
@JohnK El momento de guiñada se reduce, por lo tanto, la cola vertical se dimensiona más pequeña, por lo tanto, las reacciones del avión son comparables.
@CraigMcQueen Sí, aunque la ingestión de escombros resultó no ser un gran problema. Estadísticamente, eso es.

Los aviones de pasajeros están diseñados para cargarse desde pasillos elevados en las terminales de los aeropuertos. La terminal llega a la puerta, se podría decir, por lo que no importa tanto qué tan lejos del suelo esté. Y en ausencia de una puerta de embarque, siempre puede usar una escalera externa para trasladarse al avión para que suban los pasajeros o el ganado.

Los aviones de negocios están diseñados para ser abordados desde la superficie, viajando de la limusina a la cabina de una manera lujosa y exclusiva, generalmente utilizando una puerta de aire. Necesita un fuselaje cerca de la superficie para que funcione una puerta de escalera de aire. Esto prácticamente excluye los motores suspendidos.

Y si insistieras en tratar de colocar un conjunto de motores colgantes debajo de las alas, estarían tan cerca de la superficie que ingerirían cada grano de arena y guijarro.

+1 pero notaré que el abordaje desde el suelo no es solo (y quizás ni siquiera principalmente) sobre lujo y exclusividad. Una de las principales ventajas de viajar en jet privado/de negocios es la posibilidad de utilizar aeropuertos pequeños que son más numerosos, no están abarrotados y están mejor ubicados que los aeropuertos principales con servicio de aerolíneas. Estos campos más pequeños no tienen pasarelas y, a menudo, ni siquiera tienen escaleras móviles de embarque de pasajeros disponibles. Por lo tanto, escaleras de aire.
@pericynthion: E incluso cuando aterrizan en los principales aeropuertos, los jets de negocios (y otras aeronaves privadas) generalmente usan instalaciones separadas de las terminales de pasajeros. Por ejemplo, en mi aeropuerto comercial local, las terminales de pasajeros están en el lado noroeste del campo, las instalaciones privadas en los lados este y sur.
Muchos de los Boeing 737 de Ryanair tienen escaleras integradas en la puerta de entrada, por lo que ciertamente es posible ser autosuficiente en términos de subir y bajar del avión, incluso para aviones con mayor distancia al suelo.
¿No es eso un fenómeno del huevo de la gallina? Tenemos pasillos elevados porque los aviones comerciales son tan altos como ellos. Y construimos aviones comerciales tan altos como son para que encajen en los pasillos existentes. Sin embargo, si fuera necesario, se podrían construir pasillos a cualquier altura.
Los pasillos pueden subir y bajar mucho para acomodar varios tamaños de aviones. Lo principal es que los aviones de pasajeros se abordan desde instalaciones de terminales controladas, los aviones de negocios se abordan desde la superficie en cualquier lugar y en todas partes y necesitan puertas con escaleras de aire. Los aviones de pasajeros más altos que los CRJ (que son derivados de aviones de negocios), que incluyen casi cualquier cosa con motores colgantes, son demasiado altos para que funcionen las puertas de las escaleras de aire.

Claridad del piso

La única razón por la que un diseño debajo del ala es inviable para aviones más pequeños es solo la distancia al suelo.

Hay varias razones por las que los aviones más pequeños tienen una menor distancia al suelo.

Por una vez, una mayor distancia al suelo requiere trenes de aterrizaje más largos. Estos deben almacenarse en vuelo y ocupan un espacio valioso y pesan más. En aviones más grandes, el equipo tiene que ser más resistente de todos modos, por lo que necesitan engranajes más pesados ​​y más grandes de todos modos, ya que tienen fuselajes más largos y más peso total. A su vez, esto reduce el alcance máximo y la carga útil de la aeronave y, por lo general, eso es algo que querrá evitar.

También muchos aviones más pequeños operan en aeropuertos más pequeños. Los aeropuertos más pequeños tienen menos puertas con puentes/escaleras de pasajeros disponibles (si es que tienen alguno) y el uso de una puerta con uno generalmente conlleva una tarifa bastante alta.

Teniendo en cuenta que muchos aviones de negocios también tienen largas esperas en tierra, es poco probable que se utilicen en una puerta con un puente de pasajeros de todos modos. Por lo tanto, los pasajeros deben poder (des)embarcar fácilmente sin escaleras ni puentes para pasajeros, ya que a menudo utilizarán los espacios de estacionamiento de GA.

Puede ver eso principalmente en aviones de pasajeros más pequeños, como los aviones más pequeños Embraer o McDonnell Douglas. Los diseños más pequeños tienden a usar motores montados en la parte trasera, ya que tienen un espacio libre muy bajo debajo de sus alas.

El 737-200 tenía motores debajo de las alas.
@Koyovis nadie dijo lo contrario. Un 737-200 es bastante alto con una altura total de 37 pies en comparación con un MD80 con 29 pies, aunque su capacidad de pasajeros es bastante similar.
" el diseño del motor simplemente [no] se reduce bien": en algunos aviones, su carcasa es plana en la parte inferior... ¿Dónde los vas a poner, a la mitad del suelo? +1
¿Por qué la mayoría de los aviones comerciales tienen motores debajo de las alas, mientras que los jets comerciales tienen motores montados en la parte trasera?
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