Kleine Flugzeuge benötigen sehr niedrig montierte Flügel, um eine angemessene Kabinenhöhe zu ermöglichen. Das letzte Verkehrsflugzeug, bei dem die Passagiere auf dem Weg zu ihrem Sitz über den Flügelholm klettern mussten, war die Boeing P-247. Niedrige Tragflächen bieten nicht den erforderlichen Platz für Motoren, daher befindet sich die nächstbeste Position am hinteren Rumpf. Außerdem haben kleine Flugzeuge einen relativ kurzen Rumpf, und das Getriebe kann kurz (und leicht) gemacht werden, ohne dass beim Drehen ein Heckschlag riskiert wird.

Jäger müssen kleine Trägheitsmomente haben, insbesondere beim Rollen Sie können es sich nicht leisten, Motoren auf die Flügel zu setzen. Sogar die Me-262 war ursprünglich mit am Rumpf montierten Motoren geplant, deshalb hatte sie diesen eigenartigen dreieckigen Rumpfquerschnitt. Erst wenn der Durchmesser der Motoren während der Entwicklung zunahm, mussten sie auf dem Flügel platziert werden.

Vorteile von Heck- / Rumpfmotoren:

• Der Flügel ist sauber
• Die Motoren sind leicht zugänglich (wenn sie am hinteren Rumpf montiert sind. Andere Geschichte mit vergrabenen Motoren!).
• Kleineres vertikales Heck Wird für asymmetrische Schubbedingungen benötigt.
• Kürzeres, leichteres Fahrwerk möglich (wenn die Rotationsfähigkeit nicht beeinträchtigt wird).
• Geringe Rollträgheit.

Nachteile von Heck- / Rumpfmotoren:

• Keine Biegeentlastung für den Flügel; schwerer Flügelholm erforderlich.
• Keine Hilfe bei der Unterdrückung des Flatterns (eine Masse vor der elastischen Linie hilft).
• Mögliche Störung des Flügelnachlaufs bei hohem Anstellwinkel.
• Erzwingt, dass das Heck eine T-Heck-Konfiguration ist.
• Es ist mehr Struktur erforderlich, um die Schubkräfte vorwärts zu übertragen.
• Einlassgeräusche sind insbesondere für Passagiere im Fond hörbarer Sitze.

Dieses Bild einer Cessna Citation X sollte den Punkt gut veranschaulichen.

Bei der Konstruktion eines Flugzeugs ist ein grundlegender Faktor der erforderliche Schub. Um die Leistungsanforderungen zu erfüllen, werden ein oder mehrere Motoren verwendet. Faktoren, die die Auswahl beeinflussen, sind die Gesamtgröße des Motors, die Leistung, der Wirkungsgrad, die Kosten, das Material und die thermischen Einschränkungen während der Betriebsbedingungen wie Start, maximaler Dauerbetrieb, maximaler Anstieg und maximale Fahrt. Die Installation muss mit möglichst geringem Gewicht, Luftwiderstand und geringen Kosten erfolgen.

Die Positionierung wird durch aerodynamische Faktoren wie Luftwiderstand, Flugzeugleistung und Manövrierfähigkeit angezeigt - Pitching-Momente ändern sich um den Schwerpunkt - und Luftstrom durch den Motor, strukturell und rein funktional / sicher wie Schmutzinjektion in den Motor während der Landung oder des Starts. All dies dient nur dazu, Ihnen einen kleinen Einblick in den Ablauf des Verfahrens zu geben.

Im Allgemeinen ist die Auswahl des richtigen Motors oder der richtigen Motorkombination und die optimale Positionierung ein recht komplizierter und manchmal sehr langwieriger Prozess.

Einfach ausgedrückt wird die Schubmenge unter Berücksichtigung des für Zertifizierung, Leistung usw. erforderlichen Minimums und Maximums auf die Motoren aufgeteilt. Lassen Sie uns nun jeden Flugzeugtyp in Ihrer Frage einzeln ansprechen und versuchen, die Logik hinter der Positionierung zu formulieren:

Kämpfer :
Diese haben nicht die Triebwerke im Heck (zB haben sie keine Schubstützen), normalerweise befinden sich die Düsen entweder unter dem Rumpf wie der Eurofighter Typhoon, der in den Rumpf integriert ist, oder das Cockpit sitzt auf der Jet-Gondel wie die Corsair II, während sich die Ausgangsdüse in jedem Fall hinten befindet. Der Grund für diese Positionierung ist das Bedürfnis nach Leistung und hoher Geschwindigkeit. Abgesehen davon ist der Rumpf der einzige Ort, an dem die Triebwerke die Montage von Raketen und anderer Munition an den Tragflächen nicht behindern, wo sie bei Bedarf und mit Leichtigkeit platziert, inspiziert und ersetzt werden können.

Große Passagierjets ( wie die Boeing 747):
Das Hauptmerkmal dieses Typs ist, dass der Platz im Rumpf für die Unterbringung der Passagiere benötigt wird. Dies allein schließt den Einbau des Motors in den Rumpf aus, wie dies bei den Jägern der Fall war. Das Gesamtgewicht nimmt zu, was zu einem Leistungsbedarf führt. Letzteres schreibt entweder einen sehr großen Einzelmotor oder mehrere kleinere vor - was normalerweise der Fall ist -, die über den Körper verteilt werden müssen, was es logisch macht, unter die Flügel gestellt zu werden.

Mittlere / Kleine Passagierjets (wie der Cessna Citation Mustang oder Dassault Falcon 900):
Wenn der Flugzeuge werden kleiner und der Abstand der Flügel vom Boden wird kleiner. Die Triebwerke können nicht ohne praktische Probleme unter den Flügeln montiert werden. Die Motoren bewegen sich also in Richtung Heck, wo der Rumpf verstärkt werden muss, um das zusätzliche Gewicht zu tragen. Die Gesamtleistung des Flugzeugs unterscheidet sich von der eines Flugzeugs mit Flügelmotor, da das CG im leeren Zustand nach achtern bewegt wird.

Kleine Cessnas und andere haben eine einzige Motor in der Nase, weil sie, wie jetzt offensichtlich sein sollte, die Leistung benötigen, die von diesem einzelnen Motor und aus Gründen der Symmetrie und der Baukosten bereitgestellt werden kann.

All dies ist ein kurzer Versuch, den allgemeinen Denkprozess hinter der Positionierung der Motoren zu demonstrieren. Jeder Weg hat seine Vor- und Nachteile, die jeder Ingenieur berücksichtigt, und obwohl dies die allgemeinen Konfigurationen sind, gibt es Ausnahmen. Einige sind dieser asymetrische BV 141 oder dieser DC-10, der sowohl Flügel- als auch Heckmotoren hat.

Weiterführende Literatur hier.

Auch das Moment des Anhebens der Nase während des Beschleunigens und das Moment des Absenkens der Nase während des Abbremsens mit einem Unterflügelmotor sind für stabile Flugeigenschaften günstig. (Der Schwerpunkt befindet sich vor dem Druckmittelpunkt.)

Flugzeuge mit Heckmotoren verhalten sich umgekehrt: Während der Beschleunigung erzeugen sie ein Moment mit der Nase nach unten um ihre Querachse. Dies wiederum verursacht mehr Luftwiderstand und schließlich mehr Geld. Während des Abbremsens kann der Moment des Aufspringens der Nase gefährlich sein, wenn man eine Situation mit nahezu Stall oder einen langsamen Flug im Allgemeinen berücksichtigt.

Hauptsächlich wegen der Anzahl der Motoren. Wenn Sie mehr als einen Motor haben, wird es schwierig, beide in die Mitte zu stellen. Es kann getan werden, es gibt Kämpfer mit zwei Motoren in der Mitte, aber es ist sinnvoller (weniger Lärm, einfachere Wartung usw.), sie in die Flügel zu stecken.

Es gibt auch einen Gewichtsvorteil. Die Flügel heben das Flugzeug an, die Triebwerke sind eine Hauptgewichtskomponente des Flugzeugs. Wenn also das Gewicht dort ist, wo der Aufzug hergestellt wird, müssen Sie die Struktur nicht verstärken, um die Kräfte herumzutragen. Daher leichtere Struktur.

Wenn Sie einen Motor haben, muss dieser so ziemlich auf der Mittellinie liegen. Andernfalls hätten Sie einen asymmetrischen Schub und müssten das Ruder ständig ablenken, um einen geraden Flug aufrechtzuerhalten. Dies verursacht einen Luftwiderstand. Legen Sie es in einer "Traktor" -Konfiguration auf die Vorderseite. Oder auf der Rückseite in einer "Drücker" -Konfiguration. Oder oben (siehe Lake Buchaneer / Renegade). Legen Sie es in jedem Fall auf die Mittellinie des Flugzeugs.

Wenn Sie zwei oder drei Triebwerke haben, möchten Sie diese normalerweise so nahe wie möglich an der Mittellinie haben. Für den Fall, dass einer der Motoren (absichtlich oder auf andere Weise) abgestellt wird, soll der verbleibende Schub aus dem oben genannten Grund so symmetrisch wie möglich sein. Bill Lear sagte gern, dass in einem zweimotorigen Flugzeug jedes Triebwerk gerade stark genug sei, um Sie zum Unfallort zu bringen. Das bedeutet, dass bei vielen zweimotorigen Flugzeugen, wenn Sie einen Motor verloren haben, der andere Motor Sie in der Luft halten kann, bis Sie dem asymmetrischen Schub nicht mehr entgegenwirken können und die Kontrolle verlieren und abstürzen. Aus diesem Grund haben alle Lear Jets Rumpfmotoren (so nahe wie möglich an der Mittellinie) und das letzte Flugzeug, das er entwickelte (der Lear Fan), hatte zwei Turboprop-Motoren, die nur eine Stütze antrieben. Wenn Sie eines der Triebwerke in DIESEM Vogel verloren haben, hatten Sie weniger Leistung, aber Ihr Schub war immer noch perfekt symmetrisch.

Es gibt Flugzeuge mit> 3 Triebwerken, die nahe am Rumpf montiert sind. Der Lockheed JetStar fällt mir ebenso ein wie der Comet. Leider verursacht das Aneinanderreihen mehrerer Strahltriebwerke Probleme mit dem Luftstrom um die Lufteinlässe, was den Wirkungsgrad der Triebwerke verringern kann.

In der Zwischenzeit haben Sie auch das Problem des Gewichts. Flugzeuge sind so konstruiert, dass der Schwerpunkt (oder der Schwerpunkt, wenn Sie es vorziehen) auf den Tragflächen liegt, da sich dort der Auftrieb befindet. Eines der schwersten Dinge, die ein moderner Jetliner trägt, ist ... Treibstoff. Es überrascht nicht, dass viele von ihnen den größten Teil ihres Kraftstoffspeichers in ihren Flügeln haben. Eines der schwersten Dinge, die sie tragen, sind ... die Motoren. Wenn Sie die Motoren auf die Tragflächen setzen, müssen Sie eine Flosse und ein Ruder von beträchtlicher Größe haben, um sie in einer Situation ohne Motor gerade zu halten, aber die Gewichtsbalance von vorne nach hinten funktioniert gut. Wenn Sie das gesamte Gewicht auf die Tragflächen legen, trägt der Rest des Rumpfes weniger Last, was bedeutet, dass die Struktur relativ leichter sein kann.

Also für große Jetliner mit massivem Hochbypass Turbofans, Sie möchten, dass die Einlässe für maximale Effizienz so weit wie möglich voneinander entfernt sind, und Sie möchten, dass sie nahe an den Tragflächen liegen, damit ein Großteil des Gewichts und des Lifts leicht miteinander verbunden werden können. Die Möglichkeit, mithilfe der Schwerkraft Kraftstoff von den Tragflächen in die Motoren abzulassen, bedeutet natürlich auch, dass die Motoren bei elektrischen Problemen (die die Kraftstoffpumpen abstellen könnten) mit größerer Wahrscheinlichkeit Kraftstoff erhalten.