Position der Triebwerke und Schubrichtung

Diskutiere Position der Triebwerke und Schubrichtung im Luftfahrzeugtechnik u. Ausrüstung Forum im Bereich Grundlagen, Navigation u. Technik; Hallo, dies ist mein erstes Thema in diesem Forum! Wenn es um die Aerodynamik von Flugzeugen geht, lese ich ständig im Internet von den 4...

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  1. #1 pascal747, 14.01.2019
    pascal747

    pascal747 Flugschüler

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    Hallo,
    dies ist mein erstes Thema in diesem Forum!

    Wenn es um die Aerodynamik von Flugzeugen geht, lese ich ständig im Internet von den 4 Kräften, die auf ein Flugzeug wirken. Dazu gehört ja auch die Schubkraft durch die Triebwerke. Allerdings wird in entsprechenden Grafiken, die die Kräfte als Vektoren bzw. Pfeile darstellen, immer davon ausgegangen, dass praktisch wie bei Raketentriebwerken der Schub genau in der Mitte, wo auch das Massenzentrum sitzt, ansetzt.

    Aber bei "normalen" Verkehrsflugzeugen hängen die Triebwerke ja unter den Flügeln, die selber meist an der Unterseite des Flugkörpers sitzen, definitiv unter dem Massenmittelpunkt / Massenzentrum. Warum verursacht der Schub aufgrund der Asymmetrie denn keine dauerhafte Pitch-Bewegung nach oben bzw. einen Looping? Denke ich einfach nur falsch (weder an der Uni noch in der Schule wurde mir in Physik etc. Aerodynamik oder Strömungslehre beigebracht, nichtmal wie ein Flugzeug fliegen kann (Auftrieb) wird thematisiert), oder ist das einfach nur zusätzlicher Auftrieb? Sind die Triebwerke zur Kompensation nach unten geneigt?

    Und wie ist eigentlich die genaue Position, was vorne/hinten betrifft? Manche Flugzeuge haben ja die Triebwerke ganz hinten - müssten die nicht sofort nach vorne rollen (also pitch down) und somit gar nicht erst abheben?

    Die Fragen sind sicher dumm - aber ich kenne niemanden, der soetwas weiß, in allen Büchern die ich habe steht darauf keine Antwort und im Internet habe ich auch nichts dazu gefunden. Vielleicht fehlt mir auch nur der richtige Suchbegriff?

    Danke für jede Hilfe!!!
     
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  3. #2 Schorsch, 14.01.2019
    Schorsch

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    Moin!

    Die Fragen sind nicht dumm, sondern aboslut berechtigt!
    Die Position der Triebwerke relativ zum Schwerpunkt verursacht in der Tat ein Moment. Dieses muss dann aktiv ausgeglichen werden, etwa durch Ausschlag der Höhenruder.
    Triebwerke weitab des Schwerpunkt zu platzieren ist daher auch keine gute Entscheidung, manchmal notwendig.
    Man kann das natürlich durch ein anderes statisches Moment ausgleichen, etwa durch Ablage zwischen Auftriebspunkt und Schwerpunkt, nur doof, wenn man den Schubhebel zurück zieht. Diese dazu:
    United Airlines Flight 232 - Wikipedia

    Das gilt natürlich auch, wenn ich mehrere Triebwerke habe und dann eins ausfällt.
    Convair B-58 Hustler - Wikipedia

    Die heutigen Flugzeuge mit ihren unterhalb des Schwerpunkts angeordneten Triebwerken erzeugen ein markentes "Pitch Up" Moment. Das ist mitunter kritisch, wenn man bei geringer Geschwindigkeit Vollgas gibt.
    Tatarstan Airlines Flight 363 - Wikipedia

    Daher, besser nicht so etwas bauen:
    Myasishchev M-50 - Wikipedia
     
  4. #3 JohnSilver, 14.01.2019
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    Welchen entscheidenden Nachteil hat denn (bei Tiefdeckern) die Anordnung der Triebwerke oberhalb der Tragfläche, dass diese Anordnung so selten gewählt wird?
    VFW 614, Hondajet und evtl. noch die Beech Starship könnte man als Beispiele dafür nennen.
    Oberhalb der Tragflächen liegen die Triebwerke ja näher am Schwerpunkt, womit das durch die Triebwerke verursachte Moment ja deutlich kleiner wird.
    Außerdem würden mir da noch weitere Vorteile (z.B. kurzes, d.h. leichtes Fahrwerk) einfallen.

    Irgendwo scheint eine Overwing-Anordnung ja einen so dicken Malus zu bringen, dass die Vorteile nicht mehr ins Gewicht fallen.
     
  5. #4 stingray77, 14.01.2019
    stingray77

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    Z.B. Lärm für Passagiere - und (nicht unwesentlich) schlechtere Position für Wartung!
     
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  6. #5 Spoelle, 14.01.2019
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    Spontan hätte ich jetzt geschätzt das oben liegende Triebwerke dem Auftrieb "im Weg stehen".
     
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  7. #6 Chopper80, 14.01.2019
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    Dazu kommt noch, dass eine Aufhängung statisch besser zu konstruieren ist als eine Aufständerung, die Kraftstoffversorgung in Richtung Schwerkraft bietet auch Vorteile und die Positionierung der Triebwerke vor der Tragfläche ist für das Flatterverhalten der Tragfläche günstig ( Dämpfung )

    C80
     
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  8. #7 Schorsch, 14.01.2019
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    Nehmen wir als Referenz mal eine aktuelles Verkehrsflugzeug, etwa den A320.
    Da sieht man, dass der Schwerpunkt (bei MTOW) etwas unterhalb des Kabinenbodens liegt. Damit sind die Triebwerke gar nicht so weit davon entfernt, ein "Overwing" Triebwerk würde weiter vom Schwerpunkt entfernt sein. Weiterhin müsste man beim Start gegen das Nase-runter Moment des Triebwerks gegenan "pitchen". Das erfordert dann größere Steuerflächen, da diese meist schon auf Pitch Up bei Vmin dimensioniert sind.
    Die Fahrwerke wären auch ohne Triebwerke genauso lang, denn sie müssen den entsprechenden Heckfreiwinkel beim Start erzeugen. Der Platz unter dem Flügel für die Triebwerke ist bei den heutigen Flugzeugen weitgehend "kostenlos" vorhanden.
    Strukturelle Nachteile wurden genannt.
    Für den Auftrieb ist die Oberseite der Tragfläche ungleich wichtiger als die Unterseite. Hier wird die Luft beschleunigt. Dies bedeutet bei einem M.82 Flugzeug, dass man überschallschnelle Zonen an der Oberseite hat (siehe "Verdichtungsstoß"). Knalle ich da jetzt noch ein Triebwerk rein, verenge ich den Querschnitt weiter und erzeuge so substantiell transonischen Widerstand.
    Ein entscheidender Nachteil ist das Verhalten bei hohen AOA. Dieses Problem wächst mit TW-Durchmesser und sinkt mit Abstand. Erste Flugzeuge hatten kleine Triebwerke weit weg vom Flügel, heute passt da nicht mehr viel rein. Wie man bei der B737-8 MAX sehen kann, kostet diese Anordnung auch mal ein paar Seelen (jedenfalls kombiniert mit einer vergeigten Systemarchitektur).
     
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  9. #8 Schorsch, 14.01.2019
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    Als diese Konfigurationen durchdacht wurden, war Wartung idR kaum eine Erwägung (und ist es im Licht knallharter Performance-Vorteilen auch heute nicht). Vor allem interessierte es kaum, dass da ein Wart sich mal etwas verbiegen muss. Die bescheidenste Position für TW-Wartung ist die Anordnung intern (Comet) oder am Heck. Letztere Auslegung hat bis in die 60er Jahre die Luftfahrt dominiert.
    Man recherchiere mal:
    - erstes britisches Flugzeug mit "underwing" Triebwerken
    - erstes sowjetisches Flugzeug
    - erstes kontinental-europäisches
     
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  10. #9 JohnSilver, 14.01.2019
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    Interessante Fragestellung!

    1. Eigentlich gar keins, lässt man mal die BAe 146 als Hochdecker außer Betracht. Wäre sie realisiert worden, müsste man diese Ehre wohl der Short FJX zusprechen.
    2. Ilyushin Il-86
    3. sollte die Dassault Mercure sein.
     
  11. #10 Schorsch, 14.01.2019
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    Und die Briten waren ja nicht doof. Die Auslegung am Heck hatte handfeste Vorteile. Die B707 mag da wegweisend erscheinen, aber Boeing selbst hat es bei der B727 wieder anders gemacht (Auslegung mit Triebwerken unter den Flügerln wurde ausgiebig untersucht). Bei der B737 wurden auch Hecktriebwerke angedacht. Die B707 hatte handfeste Probleme mit der Dutch Roll.
     
  12. #11 TurboVlad, 05.03.2019
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    Ich glaube die anfängliche Frage, weshalb die Triebwerke nach unten geneigt sind wurde noch nicht wirklich beantwortet. Falls doch, habe ich es übersehen und bitte um Entschuldigung.

    Was da geneigt ist, ist nur der Einlaufquerschnitt, also die Flächennormale zur Triebwerkswellenachse. Meines Wissens nach dient das der Optimierung der Zuströmung in den Einlauf im Reiseflug, da das Flugzeug im Reiseflug einen kleinen Anstellwinkel hat. Wäre der Einlauf an dieser Stelle nicht leicht geneigt, könnte es evtl. zu Ablösungen und somit zu Druckverlusten führen und letztendlich den Schub beeinträchtigen.

    Falls unter den Fachkundigen andere Meinungen vorliegen, gerne teilen, korrigieren oder ergänzen! ;)
     
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  14. #12 Schorsch, 06.03.2019
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    Die Schubachse ist meist der lokalen Strömung angepasst. Weiterhin darf man den 1g-Flughafen-Zustand nicht mit dem 0g-Flugzustand gleichsetzen, speziell bei größeren (= flexibleren) Flugzeugen).
     
  15. Av8tor

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    Bei der B747 sind die Triebwerke vorne sogar 2 Grad zur Flugzeuglängsachse nach innen geschränkt.
    Keine Ahnung wie das bei anderen Typen ist.
     
Moderatoren: Skysurfer
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