Question:
Quels seraient les inconvénients de l'utilisation d'un moteur rotatif comme inverseur de poussée sur les avions de ligne?
securitydude5
2017-09-07 16:57:33 UTC
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Quels sont les inconvénients d'avoir des moteurs montés sur un avion de telle sorte que leur direction puisse être contrôlée hydrauliquement pour des performances et une efficacité optimales? L'idée serait de faire tourner le moteur de 180 degrés à l'atterrissage pour qu'il puisse fonctionner comme un inverseur de poussée, même sur des jumbos comme l'Airbus A380 et le Boeing 747. Ce serait une importante puissance d'inversion de poussée.

Oui, en principe. Mais comment gérez-vous ce qui se passe pendant la transition? Soit vous faites une rotation horizontale et créez des forces latérales massives, soit vous faites une rotation verticale et aspirez toute la saleté de la piste pendant la transition.
Ce serait une puissance sérieuse: une puissance pratiquement suffisante pour soutenir le vol * vers l'arrière *, ce qui est bien plus que nécessaire. Cela s'appelle *** sur-ingénierie ***. Les inverseurs de poussée actuels sont fiables, petits, légers, réactifs et ne font pas plus que nécessaire.
Ou l'avion entier, comme les patineurs dans un spectacle.
Oh boy ... problèmes de moment cinétique, ingestion de FOD, complexité excessive, manque de place, poids supplémentaire, temps de réponse lent ... sans oublier que toutes les connexions externes (actuellement) fixes au moteur (carburant, électricité, commandes) , etc.) devrait maintenant être non réparé et en mouvement - le casse-tête de maintenance pour cela seul est digne de mention. C'est une idée terrible à presque tous les égards.
En plus de tous les autres problèmes que les gens nomment, je m'interroge sur le risque de blocage du compresseur. Les moteurs seraient-ils capables de maintenir les rapports de pression de travail lorsqu'ils sont retournés à l'envers? Bien entendu, les inverseurs de poussée réguliers peuvent également provoquer des calages du compresseur.
Outre tous les détails techniques de la réponse et des commentaires, vous pouvez rejeter cette idée à cause d'un seul problème: quelle que soit la façon dont vous essayez de faire tourner le moteur, lorsqu'il est à moitié tourné, il vole efficacement dans un vent de travers de 140 nœuds (et c'est un nombre minimum - la vitesse de l'avion pourrait être plus élevée.) Comparez cela avec le vent de travers maximal autorisé pour un décollage 737-800 sur piste mouillée, qui n'est que de 27 nœuds - et ne pas tenir compte de cette limite entraînera probablement un «démontage très rapide fonctionnement "sur les moteurs!
Image mentale: Voulez-vous _ vraiment_ avoir la pleine poussée de tous les moteurs * tirant les ailes de l'avion *, * les enfonçant dans leurs racines *, ou * tirant les ailes __ vers__ le sol * pendant le balancement du moteur avant-arrière, en particulier à **atterrissage**?
votre titre pose des questions sur les avions de ligne, mais le corps mentionne les avions. qu'est-ce qui vous intéresse exactement?
Les freins de roue plus gros sont moins chers, plus sûrs et plus légers :)
@Koyovis J'adorerais ** aimer ** voir la pratique d'atterrissage standard comme ça.
Huit réponses:
MSalters
2017-09-07 20:43:17 UTC
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Je ne m'inquiéterais pas trop de la masse du moteur. Ce n'est en fait pas le plus gros problème. Au lieu de cela, je serais beaucoup plus effrayé par l'élan angulaire . Cette turbine a un grand moment d'inertie et aussi une vitesse angulaire plus élevée.Pour la retourner, il faut inverser la vitesse angulaire. Il s'agit essentiellement de retourner un gyroscope, mais c'est un gyroscope pesant plusieurs tonnes.

Exactement ce à quoi je pensais. Retirez le pneu avant d'un vélo et tenez l'essieu dans vos mains (vous aurez peut-être besoin de rallonges pour le faire correctement). Faites-le tourner à l'envers. Assez simple. Maintenant, demandez à quelqu'un de le faire tourner et de faire de même (au plus 100 tr / min). Vous remarquerez que ce n'est pas aussi facile. Je ne peux pas imaginer l'élan d'une turbine à jet tournant à 10000 tr / min
Si vous essayez de retourner un gyroscope dans les airs, le gyroscope essaiera de vous retourner. C'est ainsi que les vaisseaux spatiaux tournent.
Et pourtant, c'est exactement ce que fait le V-22.
@Koyovis Ouais, rotation de 90 degrés en 12 secondes pour un moteur un dixième de la taille d'un 747 RB-211. Vous seriez hors de la piste avant qu'ils ne soient retournés pour l'inversion de poussée et dans le pâturage des vaches si jamais vous aviez besoin de faire le tour.
** Soluble avec une bonne conception **: 1) propulseur latéral, similaire à un inverseur de poussée, pour le contrer. 2) Paires de moteurs à contre-rotation, style A400M, s'annulant, oui je ne connais que les hélices en contre-rotation, pas le noyau du moteur, mais gardez cette pensée: 3) les parties de chaque moteur contre-tournent les unes contre les autres , l'annulant dans le moteur; par exemple. les bobines tournantes opposées ou le ventilateur ou l'hélice destiné à tourner à l'opposé des bobines (la moitié des moteurs A400).
Eh bien, contre-rotation ou non, la quantité de couple nécessaire pour faire tourner une turbine en marche est excessive, et la force que vous devez fournir à partir de n'importe quel point fixe (même si cela est équilibré par une autre rotation) signifie la structure que vous construisez autour de ce point fixe doit être extrêmement robuste. Les roulements et l'essieu rendront probablement le "rotateur" plus gros que la turbine ...
@Harper Un chargement d'ingénierie boulonné sur une mauvaise conception n'en fait pas une bonne conception.
Daniel K
2017-09-07 17:22:41 UTC
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Le premier inconvénient sera la rapidité de réponse. Le moteur est gros et lourd, vous ne pourrez donc pas tout faire tourner en un dixième de seconde. En réalité, il faudra quelques secondes pour le faire tourner. Un inverseur de poussée traditionnel ne déplace qu'une très petite masse (petits volets, etc.), il peut donc réagir beaucoup plus rapidement.

Le deuxième inconvénient sera le poids. Tout type de système de rotation va être très lourd. Vous volerez des milliers de livres qui ne seront utilisées que pendant quelques secondes pendant tout le vol.

Le troisième sera la fiabilité / sécurité. Que se passerait-il si votre moteur tournait alors que vous ne le vouliez pas? Par exemple. que se passe-t-il si le système de rotation tombe en panne et que vous faites tourner un moteur pendant le décollage? Ce serait évidemment mauvais. Vous devez concevoir le système de sorte que la probabilité d'une inversion accidentelle soit essentiellement nulle. C'est possible, mais cela entraînera des coûts importants dans le système.

Koyovis
2017-09-07 18:24:24 UTC
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Il n'y aura que des inconvénients, et quelques petits problèmes pratiques tels que comment l'air circule dans le moteur lorsque l'admission est tournée vers l'arrière et que nous venons d'atterrir à 150 nœuds.

Les inverseurs de poussée actuels réalisent environ 50 à 60% de la poussée inverse et le système pèse entre 15 et 20% du poids sec du moteur. Ils sont très bénéfiques sur les pistes mouillées et verglacées, mais doivent être transportés dans le monde entier pour les rares fois où ils font une différence.

En fait, il y a eu un rapport de la NASA intitulé Pourquoi les compagnies aériennes veulent et utiliser des inverseurs de poussée? en indiquant tous les inconvénients ci-dessus, en mentionnant que les économies sur les freins sont inférieures au coût des inverseurs de poussée, et en explorant les alternatives que les compagnies aériennes souhaiteraient. L'intérêt principal était l'utilisation de ventilateurs à pas variable, afin que le ventilateur puisse générer la poussée inverse comme le peuvent les hélices. Pèse également moins qu'un inverseur de poussée classique.


Mise à jour

Un article de 1972 de Flight Magazine sur la variable développement de ventilateurs canalisés. Cela fonctionnait: cela pouvait produire une poussée inverse en ajustant le pas des pales du ventilateur. Un design fonctionnel éprouvé, toujours une meilleure option!

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Il semble qu'un ventilateur à pas variable semble avoir beaucoup de problèmes différents, principalement liés à l'effet sur le flux d'air vers les composants en aval, tels que le compresseur basse pression. Le flux d'air à travers le noyau doit rester libre pour que le noyau continue de fonctionner. Sonne comme une surtension du compresseur en attente de se produire. De plus, les pales ne heurteraient-elles pas les pales adjacentes pendant qu'elles tournaient à un pas négatif? Sinon, il faudrait réduire la largeur des lames pour éviter cela.
Oui en effet. Un de mes vieux manuels mentionne une solution conçue par Dowty-Rotol, mais qui, de toute évidence, n'a pas été intégrée dans le courant dominant.
@reirab Et pourtant, le Progress D-27 n'a aucun problème à fonctionner. En outre, le moteur proprement dit n'est ni plus ni moins qu'une unité de pointe moderne ou un moteur de destroyer (le type aérodérivé, pas l'énorme base en fonte), il n'a pas besoin d'être axial par rapport au ventilateur, ou son admission pourrait être canalisée depuis ailleurs (727 / L1011).
Emilio M Bumachar
2017-09-08 04:04:20 UTC
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Les avions perdraient la capacité d'interrompre soudainement l'atterrissage.

Si quelque chose d'inattendu se produit juste avant ou même juste après le toucher des roues, les pilotes ont la possibilité d'abandonner, de régler la poussée au maximum et " décoller à nouveau ". Ensuite, essayez d'atterrir à nouveau, peut-être ailleurs en fonction du problème.C'est un élément de sécurité important.

Si les inverseurs de poussée sont beaucoup plus lents à s'éteindre, ce qui nécessite de remettre les moteurs en position, cette capacité est grandement diminué. Donc, moins sûr, à moins que vous ne puissiez le rendre aussi rapide que les inverseurs de poussée actuels.

Peut-être que quelqu'un qui pilote un avion de ligne peut me corriger, mais j'avais l'impression que déployer les inverseurs de poussée constituait de toute façon un engagement à l'atterrissage dans la plupart (ou tous?) Des avions de ligne. Voir par exemple [Pourquoi êtes-vous obligé de vous engager pour un atterrissage en arrêt complet si l'inversion de poussée est sélectionnée?] (Https://aviation.stackexchange.com/q/2001/755)
Machavity
2017-09-07 21:39:26 UTC
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Certains avions (engins à décollage et atterrissage verticaux) peuvent faire quelque chose de relativement similaire avec une direction de poussée variable. Dans la liste des aéronefs VTOL, il convient de noter que la rotation se produit généralement soit à cause des conduits (c'est-à-dire le Harrier Jump Jet) soit de la rotation des surfaces des ailes (c'est-à-dire un Bell V-22 Osprey)

En regardant l'aile d'un A380, rien de tout cela n'est vraiment réalisable (le 747 étant très similaire)

Le moyen le plus sûr de faire tourner le moteur serait de l'incliner vers l'arrière afin qu'il fournisse toujours de la portance avant l'inversion (un lacet créerait toutes sortes de chaos dans la cellule et le contrôle). Il faudrait donc faire tourner le moteur sur le pylône. Cela signifie un pylône plus grand et un moyen de déplacer le moteur afin que le boîtier puisse terminer l'inverse. Mais il n'y a pas assez de place pour le faire. Il faudrait d'abord étendre le moteur devant l'aile, puis le faire pivoter autour de son axe. C'est beaucoup de travail pour un petit bénéfice.

Pouvez-vous expliquer comment le lacet causerait des problèmes? Est-ce que l'aile n'est pas conçue pour supporter des charges de compression sur toute sa longueur, ou autre chose? Je suppose que le lacet se ferait dans des directions opposées sur des ailes opposées, donc au moins vous n'auriez pas une poussée nette hors axe.
@MichaelSeifert Je ne suis pas un expert des cellules, mais même si vous faites tourner tous les moteurs pour contrebalancer, vous ajoutez un peu de compression au cadre en faisant un lacet au lieu d'un pas. Si l'un d'entre eux est le moindre, vous risquez maintenant de perdre le contrôle aux moments critiques avant l'atterrissage.
Embarcations à 4 moteurs, faites tourner les moteurs de sorte que les ventilateurs pointent loin du fuselage - vous vous retrouvez avec un échappement chaud pointant vers le fuselage et le moteur extérieur essayant de faire fondre l'intérieur. Faites pivoter pour que les ventilateurs pointent vers le fuselage, maintenant vous êtes limité au moteur intérieur essayant de faire fondre l'extérieur. (Oh, et vous avez un moteur qui s'épuise directement dans l'admission de l'autre, quelle que soit la façon dont ils tournent.)
Vous vous retrouverez principalement (après 90 degrés de rotation) avec 4 aérobrakes d'une si grande surface, vous devrez plonger très raide pour éviter le décrochage, et peut-être plonger à l'envers (imaginez un moment de piqué)
Les inverseurs de poussée @qqjkztd ne sont normalement pas déployés en vol, de toute façon. Ils sont généralement déployés après le toucher des roues.
tj1000
2017-09-08 21:13:43 UTC
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Les inverseurs de poussée actuels permettent aux avions d'atterrir à la même distance ou à une distance inférieure à celle qu'ils peuvent également décoller, sans avoir besoin d'énormes trains d'atterrissage et de freins. Raccourcir la distance d'atterrissage n'aidera pas avec des aérodromes plus courts, à moins que la distance de décollage ne soit également raccourcie. Sinon, l'avion restera dans ce plus petit aéroport jusqu'à ce qu'il soit démonté et transporté par camion.

Voici une vidéo d'un C17 qui se dirigeait vers MacDill AFB, mais qui a atterri accidentellement dans un petit aéroport régional non contrôlé. Petit problème, car la piste d'atterrissage mesurait 3400 pieds de long et le C17 a une piste de décollage de 3500 pieds. Déchargez la cargaison, un minimum de carburant et un pilote très courageux la récupère du sol.

Ainsi, un inverseur de poussée plus puissant ajouterait du coût, du poids, de la complexité et plus de points de défaillance, sans obtenir aucun avantage réel. On pourrait raccourcir la distance de décollage avec une conception STOL, mais cela réduirait également la distance d'atterrissage en raison d'une vitesse minimale plus faible.

Enfin, considérons le seul avion aujourd'hui qui a des moteurs rotatifs: le V22 Osprey. Il a connu un cycle de développement très difficile s'étendant sur 20 ans. Lorsque Bell a conçu une version plus petite pour l'armée américaine, la V280 Valor, ils ont choisi de ne pas faire tourner les moteurs, mais uniquement les têtes de rotor, avec un agencement intelligent d'engrenages coniques entraînés par des turbines montées sur le fuselage.

[«L'avion ** one ** aujourd'hui qui a des moteurs rotatifs»] (https://en.wikipedia.org/wiki/AgustaWestland_AW609)?
Dan Mills
2017-09-08 18:51:38 UTC
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Il y a une classe d'avions qui fait à peu près exactement cela, les vaisseaux aériens modernes Zepplin NT. Ils ont des moteurs sur des gréeurs qui peuvent tourner pour fournir une poussée vers l'avant, vers l'arrière, vers le haut ou vers le bas (en plus d'un propulseur fixe).

De plus, ils ont un étai à l'arrière monté sur un collier rotatif qui peut être pointé perpendiculairement à la coque dans n'importe quelle direction pour fournir un moyen de pousser la poupe autour (et également de contrôler le pas).

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Les choses les plus faciles à piloter ne sont pas de l'avis de tous.

Le titre pose des questions sur les avions de ligne, cependant ... La rotation des ventilateurs sur un dirigeable très lent est assez différente de la rotation d'un monstrueux turboréacteur à haut débit sur un avion de ligne à des vitesses d'atterrissage d'avion de ligne.
Pas du tout sûr, alors je vais demander: les hélices continuent-elles de tourner pendant que les moteurs changent de direction ou les arrêtent-elles? Après tout, ils ne sont pas nécessaires pour maintenir le navire en l'air, toute la portance est assurée par l'hélium.
Celles que j'ai vues en vol n'arrêtent pas les hélices, mais je soupçonne que le moteur est en fait fixe et qu'un engrenage conique est utilisé pour entraîner l'hélice.
@reirab les zeppelins de l'ère Hindenburg n'ont-ils pas été considérés comme des «avions de ligne»? ;)
B. Young
2017-09-10 00:24:35 UTC
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Une puissance d'inversion de poussée «sérieuse» pourrait entraîner un tangage à faible vitesse. L'inversion de poussée est limitée pour limiter la quantité de mouvement de tangage positif qui pourrait mettre un avion sur sa queue (surtout à l'arrêt et en appliquant les freins).



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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