Fluggasttreppen im Heck wie bei 727 / DC-9

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Philipus II

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Ein weiteres Problem von Hecktriebwerken ist, dass man nur schwer auf Triebwerke mit anderem Gewicht reagieren kann. Meist sind dann Ausgleichsgewichte nötig. Einen Nachfolger mit neuem Triebwerk aufzulegen wird dadurch sehr erschwert.
 
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- größere Leitwerke wegen rückwärtig liegenden Schwerpunkt
Jein - das ist etwas ungenau formuliert.
"Rückwärtiger Scherpunkt" ist ein Schwerpunkt, der an oder hinter der hintern MAC-Grenze liegt.
Das wird durch ordentliches Beladen vermieden.

Was den eigentlichen Grund genauer trifft, ist folgendes:
Durch die Massenkonzentration am Heck des Flugzeugs ist aus "Balancegründen" ein langer Rumpf vor den Tragflächen notwending.
Dieser lange Rumpf wirkt sich bezogen auf die Kontrolle des Flugzeugs destabilisierend aus, weswehen ein größeres Leitwerk nötig wird, um diesem Effekt entgegenzutreten.

Problem dabei ist, dass viele einander beeinflussende Effekte mit einfließen.

Daher sind Triebwerke mit Heckanordnung heute nur noch bei Businessjets oder Regionaljets zu finden.

Ein weiteres Problem von Hecktriebwerken ist, dass man nur schwer auf Triebwerke mit anderem Gewicht reagieren kann. Meist sind dann Ausgleichsgewichte nötig. Einen Nachfolger mit neuem Triebwerk aufzulegen wird dadurch sehr erschwert.
Geht aber hin und wieder - ist am Ende eben eine etwas engere Kosten- Nutzen Betrachtung als bei Triebwerken unter der Tragfläche.
Richtig hässlich wird es z.B., wenn man noch einen S-Duct hat, der die Triebwerksauswahl zusätzlich einschränkt (s. 727, Tu-154). Es gibt zwei verschiedene Re-Engine Programme für die 727:
- Super 27 (TWK 1&3 sind ein JT8D-217, TWK 2 bleibt ein "altes" JT8D mit kleinerem Fan)
- Super Q (Wechsel aller Triebwerke hin zum RR Tay und Veränderung des S-Duct Lufteinlaufs)

Nicht nur was Gewicht betrifft, sondern auch andere Vergleichsgrößen (Nebenstromverhältnis/ Fandurchmesser, etc.). bilden enge Constraints.
 
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Jein - das ist etwas ungenau formuliert.
"Rückwärtiger Scherpunkt" ist ein Schwerpunkt, der an oder hinter der hintern MAC-Grenze liegt.
Das wird durch ordentliches Beladen vermieden.
Das mit der Haarspalterei wollten wir doch runterfahren, oder?

Was den eigentlichen Grund genauer trifft, ist folgendes:
Durch die Massenkonzentration am Heck des Flugzeugs ist aus "Balancegründen" ein langer Rumpf vor den Tragflächen notwendig.
Dieser lange Rumpf wirkt sich bezogen auf die Kontrolle des Flugzeugs destabilisierend aus, weswegen ein größeres Leitwerk nötig wird, um diesem Effekt entgegenzutreten.
Nun, mein Flugzeug beginne ich mit dem Rumpf. Will ich X Leute transportieren, ist das Flugzeug Y Meter lang.
Im Normalfall (Triebwerk am Flügel) wären die Tragflächen bei etwa 45% Rumpflänge. Bei Hecktriebwerken eher Richtung 50-55% (grobe Werte, hängt von vielen Faktoren ab). Dadurch wird der Hebelarm kürzer. Eine Reaktion darauf ist ja auch die Nutzung des T-Leitwerks, welches mir etwas mehr Hebelarm kauft und den Effekt kompensiert. Damit komme ich am Ende eventuell wieder gut raus, da etwa die Seitenleitwerksfläche bei Hecktriebwerken oftmals kleiner ist (geringerer Hebelarm bei einseitigem TW-Ausfall). Beim Höhenleitwerk stört die größere Fläche vor allem aerodynamisch.
Das Mehrgewicht kommt vor allem durch den schwereren Flügel und zum Teil schwereren Rumpf.

Die destabilsierende Wirkung des Rumpfes ist gewiss da, aber idR nicht ausschlaggebend für die Dimensionierung des Seitenleitwerks.

Hecktriebwerke wurden schlagartig unattraktiv, als High Bypass Turbofans aufkamen, welche anfänglich ein schlechteres Schub/Masse Verhältnis hatten als die Turbojets und Low Bypass Turbofans. Ich würde behaupten, dass eine E190 mit Hecktriebwerken nicht so viel schlechter daher kommt als die jetzige Konfiguration.

Es ist wichtig zu verstehen, dass die heute übliche Anordnung viele Herausforderungen mit sich bringt. Es ist auch interessant zu sehen, wie die Pylonlänge zusehends schrumpfte. Mal schauen wo die Triebwerke einer B747-100 hingen, schön weit weg vom Flügel. Unter gewissen Umständen kann eine Heckanordnung besser sein, etwa wenn ich hohe Anforderungen an Start- und Landung habe und trotzdem schnell fliegen will (hohe Flächenbelastung). Daraus ist die B727 entstanden.

Richtig hässlich wird es z.B., wenn man noch einen S-Duct hat, der die Triebwerksauswahl zusätzlich einschränkt (s. 727, Tu-154). Nicht nur was Gewicht betrifft, sondern auch andere Vergleichsgrößen (Nebenstromverhältnis/ Fandurchmesser, etc.). bilden enge Constraints.
Interessant sind in der Hinsicht auch DC-10 und L1011. Letztere hatte ja einen S-Duct. Ich glaube im Nachhinein sind Lösungen auch oft Kinder ihrer Zeit. Die einzige wenig sinnvolle Lösung ist für mich die VC-10 gewesen, aber hier kommt auch wieder eine Kombination aus sehr sportliche Field Performance und hoher Geschwindigkeit zusammen. Eine Kombination, die man auch bei vielen der großen Business Jets findet. Die VC-10 ist die britische B707: mehr Brillanz in den Details, mehr auf Randgruppen hinsichtlich Anforderungen fokussiert, ein wenig bis sehr doll "over-engineered", chronisch erfolglos und trotzdem in manchen Punkten unerreicht.
Wäre sie ein sowjetische Flugzeug, sie würde sehr beliebt sein (weil "ingenieurtechnische Meisterleistung").


Dies finde ich auch noch einen interessanten Aspekt:
Aircraft like DC-9 or Boeing 727 use an airstair door under their tail which serves the dual purpose of a tail support as well as an extra door for passenger loading.
Advanced reading:
http://adg.stanford.edu/aa241/propulsion/engineplacement.html
Zitat daraus: "Last but not least - it may be the fashion."
 
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Pan Am hat ihren Berlinverkehr in Tempelhof zu 727-Zeiten zum großen Teil über deren Hecktreppen abgewickelt.
 
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Das mit der Haarspalterei wollten wir doch runterfahren, oder?
Halte ich nicht für Haarspalterei.
Wenn wir zwei uns bei einem Glas Wein darüber unterhalten, dann ist das was anderes, als wenn Max Mustermann mitliest.

Nun, mein Flugzeug beginne ich mit dem Rumpf. Will ich X Leute transportieren, ist das Flugzeug Y Meter lang.
Im Normalfall (Triebwerk am Flügel) wären die Tragflächen bei etwa 45% Rumpflänge. Bei Hecktriebwerken eher Richtung 50-55% (grobe Werte, hängt von vielen Faktoren ab). Dadurch wird der Hebelarm kürzer. Eine Reaktion darauf ist ja auch die Nutzung des T-Leitwerks, welches mir etwas mehr Hebelarm kauft und den Effekt kompensiert. Damit komme ich am Ende eventuell wieder gut raus, da etwa die Seitenleitwerksfläche bei Hecktriebwerken oftmals kleiner ist (geringerer Hebelarm bei einseitigem TW-Ausfall). Beim Höhenleitwerk stört die größere Fläche vor allem aerodynamisch.
Das Mehrgewicht kommt vor allem durch den schwereren Flügel und zum Teil schwereren Rumpf.

Die destabilsierende Wirkung des Rumpfes ist gewiss da, aber idR nicht ausschlaggebend für die Dimensionierung des Seitenleitwerks.
Der längere Rumpf (und stärkere Triebwerke) werden schnell bei Spielereien mit der Rumpflänge eine Herausforderung.
Bestes Beispiel ist die DC-9 Familie. Zwischen der DC-9-10 und der MD-90 ist da schon ein wenig Hokuspokus nötig gewesen:

+ DC-9-50: Strakes an der Nase
+ MD-80: Vergrößerung des SLW - das HLW erhielt innen einen Plug, wodurch die Nasenleiste des SLW am HLW-Ansatz nach vorne (= mehr in die Vertikale) gezogen wurde; an diesem Knick erkennt man leicht eine MD-80 (und spätere Typen); Strakes an den Nacelles (spätere Typen ebenfalls, aber anders konfiguriert)
+ MD-87: SLW wurde über dem HLW nach oben verlängert; wurde bei der MD-90 und 717 wieder so gebaut

Interessant sind in der Hinsicht auch DC-10 und L1011. Letztere hatte ja einen S-Duct.
Die L-1011 hatte einen ziemlich guten S-Duct mit relativ großen Biegeradien. Die 727 brauchte in ihrem Duct Vortex-Generators, damit die Triebwerke ohne Einschränkungen gefahren werden konnten.
Bei einigen Tristars mit stärkeren Triebwerken gab es wohl dennoch Beschränkungen beim Start mit Seitenwind.
Vllt. kann uns unser zahmer Tristarexperte hier im Forum was zu erzählen.

Die DC-10-40 brauchte einen größeren Intake als die GE-getriebenen DC-10.
Die MD-11 nutzte dann diesen Intake weiter. Später gab es dann einen nochmals optimierten Intake.
 

IberiaMD-87

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Das wird durch ordentliches Beladen vermieden.
Während der Einführungsphase der MD-81 gab es seitens der Swissair Befürchtungen, dass unter ungünstigen Umständen bei der Be- und Entladung bzw. Aus- und Einsteigen der Gäste die Gefahr bestehen könnte, dass das Flugzeug nach hinten kippt. Diese Sorge erwies sich als unbegründet.

Gleichwohl hatten/haben Betreiber von eng bestuhlten MD-80 die Tatsache zu berücksichigen, dass bei einer Auslastung von ca. weniger als 80 Gästen eher die Sitze "mittig" (die Tragflächen als Orientierung) platziert werden sollen, bei höherer Auslastung können die beiden virtuellen Kabinensektionen (vorne/hinten) so besetzt werden, wie es die Gäste u.U. wünschen. Es erscheint aufgrund es längeren Rumpfes operationell unpraktisch, wenn sich 80 Gäste einzig in die vorderen 16 Sitzreihen setzen würden und eine Buglastigkeit zwangsläufig erzwungen wird.

Beim Thema "eigene Treppe mitnehmen" halte ich die Hecktreppe für die fragwürdigste Option.
Frühe Kunden der DC-9-10 untersuchten auch die Vor- und Nachteile und deshalb gab es eine Reihe von DC-9-10, die keine Hecktreppe besaßen. Diese DC-9 hatten dann hinten keine große Hecktür zum Heckkonus, sondern eine ovale Luke.

Spätere DC-9-Versionen besaßen die Hecktreppe quasi als Standard. Durch die Hecktreppe konnten Fluglinien die Bodenzeit ihrer DC-9 sehr kurz halten und bei der MD-80 konnten ebenfalls sehr kurze Bodenzeiten umgesetzt werden.

Ein gutes Beispiel bietet hier rückblickend Finnair:

Mitte der 1980er flog eine ihrer MD-82 fünfmal pro Woche nach Übernachtung im hohen Norden den morgenlichen Kurs Rovaniemi - Kemi - Oulu - Helsinki. So sammelte Finnair auf ihrer Milchkannentour genug Passagiere für die gesunde Auslastung der damals für Finnair recht großen Maschine ein und so sah dann der Flugplan aus:

Rovaniemi - Kemi, 06:00 Abflug, 06:25 Ankunft, 25 Minuten Reisezeit
Kemi - Oulu, Abflug 06:35 Abflug, 06:55 Ankunft, 20 Minuten Reisezeit
Oulu - Helsinki, Abflug 07:10, 08:05 Ankunft, 55 Minuten Reisezeit, Frühstück an Bord

(Diese besagte MD-82 konnte dann für 55 Minuten verschnaufen, bevor ein Linienkurs ab Helsinki nach Paris über Brüssel begann.)

Finnair nutzte hier beide bordeigene Treppen und an den jeweiligen Zwischenlandeplätzen arbeiteten die Mitarbeiter an Boden effizient, damit die Abfertigung und teilweises Aussteigen und Einsteigen weiterer Fluggäste zügig erfolgen konnte. In Kemi wurden ganze zehn Minuten einkalkuliert!
 
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Der längere Rumpf (und stärkere Triebwerke) werden schnell bei Spielereien mit der Rumpflänge eine Herausforderung.
Bestes Beispiel ist die DC-9 Familie. Zwischen der DC-9-10 und der MD-90 ist da schon ein wenig Hokuspokus nötig gewesen:

+ DC-9-50: Strakes an der Nase
+ MD-80: Vergrößerung des SLW - das HLW erhielt innen einen Plug, wodurch die Nasenleiste des SLW am HLW-Ansatz nach vorne (= mehr in die Vertikale) gezogen wurde; an diesem Knick erkennt man leicht eine MD-80 (und spätere Typen); Strakes an den Nacelles (spätere Typen ebenfalls, aber anders konfiguriert)
+ MD-87: SLW wurde über dem HLW nach oben verlängert; wurde bei der MD-90 und 717 wieder so gebaut
Die Konfiguration ist sicherlich nicht die Stretch-freundlichste, weil ich überall "Prellböcke" eingebaut habe: verlängere ich den Rumpf, verschiebe ich den Schwerpunkt (nicht der Fall bei einem Flügeltriebler). Vergrößere ich das SLW, verändere ich das HLW gleich mit. Die DC-9 ist wohl auch das einzige Flugzeug dieser Konfiguration, welches eine derart lange Entwicklunggeschichte hat. Obwohl, die CRJ aka Challenger/LearStar 600.

Aber grundsätzlich bleibt: SLW ist bei Hecktriebwerken eher kleiner, da meist dimensioniert durch VCMA mit einseitigem Triebwerksausfall. Dynamische Stabilität im Reiseflug kann meist durch Gierdämpfer erreicht werden.
 
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Kleine Anekdote zum Thema Triebwerke an Heck oder Flügel. Es geht um die B727, bei der man eine DC-10-ähnliche Auslegung andachte. Es wurden zwei Teams gebildet und beide Entwürfe optimiert. Das Ergebnis:

In the end we found that there were advantages and disadvantages to each. The loadability of the aft engine airplane was definitely harder, particularly as future stretch models were envisioned. However, there was some evidence of a drag improvement, particularly when short field and very high lift plus wing area trades were considered. Wing area, of course, affected economics. There were even some indications that the aft engine placement was slightly cheaper to build because its systems were more concentrated. None of the effects were decisive, but we finally opted for the aft engine configuration. A major additional defense of this configuration is that it results in a very quiet front half of the passenger cabin during takeoff and climb, an advantage which becomes more or less lost as cruise speed is gained.
Quelle: Case Study in Aircraft Design - The Boeing B727 (1978)
 
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Die VC-10 ist die britische B707: mehr Brillanz in den Details, mehr auf Randgruppen hinsichtlich Anforderungen fokussiert, ein wenig bis sehr doll "over-engineered", chronisch erfolglos und trotzdem in manchen Punkten unerreicht.
Wäre sie ein sowjetische Flugzeug, sie würde sehr beliebt sein (weil "ingenieurtechnische Meisterleistung").
"
die Briten haben doch abgekupfert:onthego: :wink::wink: Und die Il-62 war ja recht erfolgreich ( gut auch mangels anderer Alternativen:wink:)
 
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