Perché gli aerei con motori posteriori sono una tipologia in estinzione?

[Shogun]

L'Il 62, pur essendo NB era, al suo debutto, il jet liner più grande e con il maggior range. Volava da Mosca a Cuba (con limitazioni). Con un MTOW di 165t fu raggiunto solo dalle ultime versioni del DC8.

L'Il-62 era il liner più grande all'epoca del suo primo volo nel 1963, ma quando entrò in servizio nel 1967 era già stato superato dal DC-8-61. Per quanto riguarda il primato del range se lo giocava con i DC-8 della serie 50.

 

[azdriver]

Ciao antser,
hai fatto una bellissima domanda, a cui purtroppo non si può dare una risposta semplice, breve ed esaustiva allo stesso momento. Per questo ti chiedo scusa se alcuni punti, forse, della mia risposta non saranno abbastanza chiari.

Il design cosiddetto a "T", esempio un md80, é un design da un punto di vista aerodinamico spettacolare. In questo caso l´ala rimane infatti "pulita" con la sola funzione di creare la forza portante. Questo permette l´abbassamento della resistenza e anche la complessità della struttura dell´ala consentendo un design aerodinamicamente pulito.

Purtroppo peró spostando i motori in coda si hanno delle conseguenze non ottimali per le operazioni commerciali e per la certificazione dell´aeromobile sotto i parametri della Easa/Faa.

La posizione dei motori in coda sposta decisamente il centro di gravità dell´aeromobile indietro rendendo il carico dell´aeromobile più complicato (non ho utilizzato il termine difficile perché darebbe un´impressione completamente sbagliata) da un punto di vista di distribuzione dei pesi. Inoltre questo design richiede la costruzione di fuel Systems che colleghino l´ala (dove solitamente sono collocati i serbatoi) ai motori in coda aumentando notevolmente la complessità del design. La costruzione dei piani di coda con il modello cosiddetto a "T" rende l´aereo suscettibile al famigerato "deep stall" e l´assenza dei motori "agganciati" sull´ala, toglie una massa "stabilizzatrice" molto importante nei regimi transonici per prevenire e/o alleviare gli effetti di flutter a cui puó andare incontro un profilo aerodinamico.

Questi sono solo alcuni punti per cui un design classico, tipo 320 o 737, permette un´ottimizzazione dell´utilizzo dell´aeromobile.

Con questo non voglio assolutamente dire che un design a T sia inefficiente o addirittura pericoloso, ma permette sicuramente meno possibilità di flessibilità da un punto di vista commerciale ed ha, solitamente, flight envelope più restringenti.

Un altro design scomparso, non solo per questioni operative/aerodinamiche ma anche storiche oramai, é il design trimotore come l´md11, la cui versione cargo é un incubo da caricare.

Un salutone

Tutto bellissimo Rudi xò, il motivo sovrano è che un aereo con i motori in coda, pesa di più...

Perché? Beh, i motori attaccati alle ali non devono essere supportati dalla radice dell'ala (anzi bilanciano lo stress strutturale) che quindi ha bisogno di meno struttura e quindi meno peso.

That's all folks!

La storia però continua con l'evolversi dei motori a grande bypass ratio (grande fan tanto X intenderci) che con l'ATTUALE design si posizionano meglio sotto le ali...

Se però si crescerà ancora come diametro, o si allungano le zampe dell'aereo oppure...si rimettono i motori dietro...

Ne riparliamo tra 20 anni.


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[Pelush]

Aggiungerei anche un altro parametro. Per agganciare le ali alla fusoliera si deve costruire una struttura ad hoc a forma di scatola che permetta la distribuzione dei carichi garantendo, anche, la dovuta rigidità'. Tale scatola, in un design con i motori sotto le ali, può' anche sopportare facilmente il carico aggiuntivo in senso longitudinale che i motori scaricano sulla fusoliera. Se, invece, si optasse per un design a motori posteriori vi sarebbe il problema di costruire una seconda scatola strutturale rigida a sufficienza per scaricare la forza dei motori sulla fusoliera e, successivamente, trasmetterla alle ali.

In pratica, se facciamo l'equilibrio alla traslazione orizzontale dell'aereo nel caso di motori in coda abbiamo:
una forza pari alla spinta dei motori applicata dietro che bilancia la somma della resistenza aerodinamica della fusoliera, degli impennaggi e delle ali, ovvero abbiamo la spinta dei motori che comprime la parte posteriore della fusoliera per spingere in avanti le ali. nella componente a trazione abbiamo solo 2/3 del drag della fusoliera e gli impennaggi: poca roba!. Quindi avremo una fusoliera prevalentemente soggetta a compressione con carichi elevati dovendo farsi carico di spingere avanti le ali.

Se, invece, i motori sono sotto le ali:
La resistenza della parte più esterna delle ali viene immediatamente bilanciata dalla spinta dei motori, ne rimane una spinta in avanti che bilancia le altre forze aerodinamiche. Procedendo verso l'interno delle ali, alla spinta rimanente dobbiamo togliere, la resistenza aerodinamica della parte interna delle ali per trovare la risultante che si trasferisce alla fusoliera dell'aereo. Quindi, all'altezza della scatola di incastro delle ali abbiamo:
una spinta in avanti che bilancia la resistenza aerodinamica della punta della fusoliera (circa 1/3), ed una trazione che bilancia la resistenza della coda (2/3) e degli impennaggi posteriori. Quindi con una fusoliera prevalentemente sollecitata a trazione e non a compressione.

Quale amplesso di emozioni scienza delle costruzioni ci parla dell'instabilità' Euleriana, ovvero: sebbene i materiali metallici siano grosso modo isotropi ovvero resistano tanto bene a compressione quanto a trazione per le strutture sollecitate a compressione abbiamo qualche grana in più'. Pensate, ad esempio, a comprimere una sottile bacchetta di acciaio, prima che essa si rompa, vi accorgerete che si piegherà facendo una pancia perdendo tutte le sue caratteristiche strutturali, cosa che non vogliamo succeda alla nostra fusoliera, pertanto su una fusoliera sollecitata a compressione dovremo prevedere opportuni irrigidimenti per evitare questo fenomeno di instabilità'. (I geometri lo passano anche come comportamento a carico di punta, cosa che chiarisce bene il concetto, anche se leggermente limitativa)
Tutta questa situazione e' fortemente peggiorata dalla presenza di forze trasversali dovute al peso dell'aeromobile, all carico alare, alle vibrazioni, alle torsioni etc.... che rendono questo fenomeno realmente critico. Pensate alla nostra bacchetta, se gli dessimo pure una mano a fare la pancia applicando una piccola forza di taglio in mezzeria ..
In definitiva, su un aereo grande e lungo, questa situazione risulta essere particolarmente sub ottimale, mentre il suo impatto su un aereo corto risulta meno impattante, soprattutto sui biz dove le ali sono particolarmente vicine ai motori lasciando la cabina beneficiare di una maggiore silenziosità.