¿Qué añade más peso a un birreactor? ¿Motores de cola o motores de ala?

Digamos que tenemos un avión comercial grande, con exactamente 2 motores, capaz de albergar al menos 200 pasajeros.

Podría ser un jet tradicional como el Boeing 777 , donde ambos motores están en el ala. O podría ser como el MD-90 con ambos motores en la cola.

Mi pregunta es, ¿qué configuración agrega más peso? Con los motores en las alas, debemos agregar pilones y fortalecer el ala para que resista la flexión, especialmente cuando está en el suelo. Con los motores en la cola, debemos agregar peso para fortalecer la cola en T. Puede haber algo de peso adicional en el fuselaje en la parte trasera para sostener los motores, pero no estoy seguro.

Puede haber otras adiciones de peso que no conozco. En última instancia, quiero saber qué configuración requiere más peso.

Nota: no estoy preguntando cuál es mejor. Lo mejor requeriría más de un factor. Esta pregunta solo se refiere a un factor, el peso.

La mayor distancia lateral desde el CG de la mayoría de los motores montados en las alas sobre un motor montado en la cola (considere los escenarios de motor apagado) significa que se requerirá un cierto valor de estructura más alto tanto para la mayor asimetría de empuje como para el mayor control requerido, especialmente en el timón .
No veo cómo se podría responder a esto. La ubicación del motor se decide al principio del ciclo de diseño en respuesta a criterios distintos al peso, y tendrá efectos más allá de los soportes del motor. Entonces, ¿cómo se desglosaría el peso que se debe únicamente al paradero del motor?
@ReddHerring How would one then break out the weight that is solely due to the whereabouts of the engine?Me parece bastante sencillo. Todo lo que tiene que hacer es hacer la pregunta, ¿qué cosas hay que no serían necesarias en la configuración opuesta? No veo un problema. Los pilones son un gran ejemplo. ¿Tal vez hay muchos componentes pequeños que son específicos de la configuración y la lista sería enorme? Si es así, no necesito una lista exhaustiva. Sospecho que todo el peso principal es estructural de todos modos, y tal vez esté relacionado con el motor, como el tamaño y la ubicación del generador.
Otra forma, teóricamente, es encontrar dos ejemplos de birreactores, con el mismo límite de pasajeros, pero uno tiene motores de ala y el otro tiene motores de cola. Pero tendrían que diseñarse en la misma época o uno de ellos probablemente usaría componentes más livianos. No he podido encontrar ningún ejemplo bajo este criterio.
@DrZ214 Bueno, entonces es fácil. Diseñe un fuselaje completo basado en una elección de ubicación del motor, luego haga el mismo diseño basado en la otra ubicación. ¿Quién haría esto?

Respuestas (1)

Los motores de cola añaden más peso. La colocación de los motores en vainas debajo del ala alivia el momento de flexión en vuelo, lo que permite una construcción más ligera de la raíz del ala. Colocarlos en la cola requiere una construcción de marco fornido local.

Tenga en cuenta que el momento de flexión hacia arriba en vuelo es el factor de diseño límite:

  • En vuelo, todo el peso del avión multiplicado por el factor de carga última de 3,5, y este es el momento de flexión aliviado por el peso de los motores montados en el ala.
  • En tierra, el tren de aterrizaje soporta el peso del avión con un factor de carga de 1, con un brazo de momento más pequeño. Mucho más pequeño que la carga de flexión última.
  • En el punto de contacto, el resorte/amortiguadores se dimensionan de tal manera que el momento de flexión en la tasa de caída máxima está por debajo del momento de flexión máximo de diseño.

Torenbeek 1 menciona lo siguiente sobre este tema:

Peso vacio. Los siguientes factores tienen que ser considerados:

  • Es posible reducir el peso de la estructura del ala con motores montados en las alas debido al efecto de alivio de masa en el momento de flexión en el ala interior.
  • Los motores colocados demasiado fuera de borda aumentan las cargas de impacto de aterrizaje y requieren un plano de cola vertical grande.
  • Los motores en la parte trasera del fuselaje requieren un "reforzamiento" local y conducen a la pérdida de espacio útil en la cola, lo que resulta en un peso de estructura adicional y un fuselaje más grande para la misma carga útil.
  • Las diferencias de peso de las superficies de cola dependen de varios factores que no permiten una conclusión general.

Resumiendo, podemos decir sin demasiado énfasis que el peso en vacío de un diseño de tipo CaraveIle será típicamente de un 2 a un 4% más que el de un diseño comparable con los motores en el ala.

Como se menciona en esta respuesta , en el momento del diseño del B737, Boeing tenía dos diseños en competencia de diferentes equipos, y ganó el montaje del ala. Para una verificación de orden de magnitud, podemos comparar los pesos del ala y del fuselaje como porcentaje del OEW para el DC9 y el B737-100. El peso de los grupos de ala y fuselaje según la tabla en esta respuesta , el OEW de Wikipedia:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, de hecho, si nos fijamos solo en el peso, gana la configuración debajo del ala. La configuración de la cola se compensa con las ventajas aerodinámicas, principalmente del ala limpia.

Tenga en cuenta que estas consideraciones fueron valiosas en el momento de la construcción del DC9, con los motores estrechos de la época. Un avión moderno de 200 pax con turboventiladores de alto bypass ya no tiene buenas razones para optar por el soporte de cola.

1 E. Torenbeek, Síntesis del diseño de aviones subsónicos

Placing the engines in pods underneath the wing relieves the bending moment in flight...Sí, entiendo esa parte, pero siempre pensé que, cuando el avión está en el suelo, el momento de flexión aumenta (a diferencia de un ala sin motores), por lo que de todos modos hay que agregar peso estructural al ala. Por cierto, ¿puede decirnos quién es Torenbeek y poner un enlace a ese documento fuente para que podamos ver exactamente qué es también?
No es solo el momento de flexión. Los motores subalares también actúan como pesos anti-aleteo (por eso se desplazan hacia delante). Las alas 'limpias' a menudo tienen equilibrios de peso muerto en su borde de ataque. Por otro lado, los motores subalares requieren un tren de aterrizaje más largo y pesado para configuraciones de ala baja.
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