Varför ser vi aldrig high-bypass turbofanmotorer som delar samma nacelle på stora flygplan och liknande flygplan?

Kort svar

Det är de väldigt olika flödesförhållandena från statisk till kryssning, vilket kräver en separat placering av jetmotorer med hög bypass-förhållande. De skulle producera mindre dragkraft och mer dra vid parning.

Varför var det parparerade motorer alls?

Arado byggde två fjärdedelade prototyper av deras Ar-234 jet, en med separata motorer (V6, se direkt nedan) och en med parade motorer (V8, längre ner). V8 blev prototypen av C-versionen av Ar-234.

Med det ökande luftflödet av motorer med hög bypass-förhållande kommer emellertid interferensen mellan båda att göra parning till en nackdel. I kryssning, bara det centrala strömröret som strömmar mot motorn kommer att vara intagas , och resten kommer att spillas över intagsläppen. Att placera en andra motor direkt bredvid den första kommer att blockera flödet av spilld luft på den sidan och ökar spillflödet på motsatt sida. Detta kommer sannolikt att leda till massiv separation där intaget inte är kraftigt modifierad , vilket leder till en märkbar dragökning. Det nuvarande asymmetriska flödet i intaget skulle också minska fläktens effektivitet - det behöver mycket homogent flöde över hela tvärsnittet i dagens motorer.

Omvänt, motorn suger i luft från hela och kommer att möta konkurrens från en andra motor, så att båda inte kommer att kunna ta in så mycket luft som när den är monterad separat. Konsekvensen av parning skulle minska reduceringen vid start.

Den inledande nackdelen med separata motorer, deras kollektiva påverkan på vinge-aerodynamik, reduceras nu kraftigt av montera dem på pyloner , så de är fram och under vingen.

En stor del av detta är förmodligen relaterat till underhåll, som du observerade. För närvarande tas motorer generellt rakt bort från pylon. Om de var parade på en pylon skulle de antingen behöva tas bort tillsammans (vilket gör dem i huvudsak hälften lika pålitliga) eller fäst på ett annat sätt.

Med moderna jetmotorer är det bara de största flygplan som ger mening att de har 4 motorer, eftersom tvåmotoriga flygplan är effektivare. Det betyder att planer som 747 och A380 skulle vara kandidater till denna design. Det finns faktiskt en strukturell fördel att placera en motor längre ut på vingen. Vid flygning hjälper motorns vikt att lindra böjningsmomentet på vingen. Som du observerat gör det här svårare att utföra motor-out-kontrollen. Placeringen av två motorer på en vinge är en kompromiss mellan struktur och motorns kontroll.

Detta skulle också påverka mängden kraft flygplanet behöver. Tvåmotoriga flygplan måste ha tillräckligt med ström för att starta om en motor misslyckas efter V1. Det innebär att de måste fortsätta en start på 50% ström. Flygplan med fyra motorer måste uppfylla samma krav, men det innebär att de måste fortsätta med start med 75% ström. Parning motorerna gör det dock mycket mer sannolikt att ett misslyckande i ett kommer att påverka det andra. Detta innebär att planet kan behöva flyga på 50% kraft, vilket gör planet ännu mindre effektivt.

Ett annat potentiellt problem är omvänd dragkraft. För närvarande kan motorer använda platser runt omkretsen av nacellen för att mata ut luften. Med motorerna kombinerade skulle var och en bara ha en del av omkretsen, så det kan skapa flödesproblem.

Fall av misslyckade motorer eller tryckbackar skulle sätta vridmoment på pylon, vilket kräver extra vikt för styrka.

Det kan vara en fördel att kombinera motorsystem, men det skulle kosta en minskad redundans.

Detta skulle minska ytan på utsidan av nacellen, men öka frontytan. Med tanke på två 120-tums diametermotorer, som kombinerar dem genom att ansluta rakt över och över, minskar du omkretsen från 750 inches till 615 inches, men du ökar frontområdet från 22600 i ^ 2 till 25700 i ^ 2. Att föra in profilen mellan motorerna (som i bilden ovan) kommer att minska frontytan, men också öka omkretsen.

Kopplingsmotorer har tidigare försökts under rak turbojet-dagar - Iluyshin Il-62 och Vickers VC-10 använde denna konfiguration, och det gjorde Lockheed JetStar-affärsstrålen också. Detta gjordes på grund av den dåliga tryckkraften på tidiga turbojets. Moderna turbofans vrider ut tillräckligt starka drag som du inte behöver koppla ihop motorer - faktiskt föreslog ett förslag för USAF att ersätta de parade turbojetsna på B-52s motorpyloner med enstaka RB-211 turbofans 8-turbojet-motorbomber i en fyra turbofan-motor en). Detta avvisades på grund av kostnaderna i förskott; Bränslebesparingarna skulle dock ha varit ganska signifikanta tack vare både möjligheten att använda halv så många motorer och turbofans förbättrade specifika bränsleförbrukning.

En annan fråga med parade motorer på en pylon är säkerhet - LOT 5055 visade detta på ett tragiskt sätt när en av dess Soloviev D-30 turbofans led ett ohållet misslyckande, vilket orsakade en motorbrand och allvarlig skada på den andra motorn på den sidan; om Il-62 använde en mer traditionell layout skulle en sådan händelse ha varit mycket mindre problematisk eftersom brand- och skademönstret skulle ha varit mycket mer begränsat.

Parning av motorer gör det mer sannolikt att felet på en motor kommer att föröka sig till den andra. Detta har hänt på till exempel F-18 där en motor hade ett ohållet fel, vilket resulterade i bitar av motor (jag tror att de var turbinblad) som förstörde den andra.

När du har vingsmonterade motorer, minskar också vingeböjningsmomentet, vilket tenderar att minska vingevikten.