關於引擎安置位置的問題

Question

以下是我問想要請教專家的問題：

1.商用飛機引擎裝置位置早期有出現在機尾兩側的，大多數是裝置在機翼下方。請問從飛機設計的觀點，二者有何差異？如B727


2.自從MD82機型之後，很少看到商用飛機的引擎裝置在機尾兩側。是否這種裝置方式有其缺陷而被淘汰？


3.自從噴射引擎的ETOP Performance不斷提升，許多四個引擎的機種都變成了兩個引擎機種。當初機尾垂直翼上裝置第三個引擎的作法，是否有其缺陷而被淘汰？（DC10、DC9、Lockeed Tri-Star)


B727

圖片參考：http://myweb.hinet.net/home1/black_mafia/old-3.jpg

MD82

圖片參考：http://mcu.edu.tw/~cvgip03/MD82.jpg

DC10
圖片參考：http://www.cgn-wings.de/400_scale/400_DC10-30/DC10-30_KLM/DC10-30_KLM_h.jpg

Lockeed L1101 Tri Star

圖片參考：http://widebodyaircraft.nl/l1011sau.jpg

康康網友：

1. 請問何謂CG？是哪兩個字的縮寫？

2. 用常識思考，引擎附著在機身尾部（B727)或者垂直翼下（L1101），所發出的引擎噪音不是更容易傳進機艙嗎？

Answer 1

針對問題回答:
ENG裝在後方有減少客艙噪音的好處.但是因為ENG很重,所以機翼需往後移,對於飛機的CG及Weight and Balance很不利.水平尾翼須避開ENG氣流的影響,所以通常會變成 T-tail.(T-tail="super stall")後置引擎及T-tail很不利維修作業.ENG放在機翼下,只要考量是進氣較為順暢,有提升燃燒效率.維修上也較有利,另外對於飛機的載重平衡也比較容易,CG範圍會比較大ㄧ些.

由於目前商用引擎的技術已經相當成熟,不論是在推力及可靠度上都跟以前不能相提並論了.ETOPS主要是對於雙引擎客機做限制,但是並不是指針對引擎而已,例如還有導航及發電機等等.針對ENG來說,ETOPS已經不是問題了.GE ENG來說,CF6-80s ETOPS 120~180mins, CFM56-7s 120~180mins, GE90s 180~207mins. B787 GEnx已經可以達到330mins了.

既然ENG的推力及可靠度都已經這麼好了,雙引擎就變成主流了.雙引擎在成本及維修上都相當有利,所以三個引擎以上的飛機自然就被淘汰了.A380 ENGx4是因為推力考量,就算是裝兩個GE90-115B(目前推力最大的ENG),要推A380還是不夠的...

2007-06-26 20:39:34 補充：
Mason果然是大師呀! 真不愧是最年輕的 "Check Air Man"!

2007-06-27 07:03:11 補充：
我舉一個例子來說明,先前紐西蘭航空使用B777-200ER飛行AKL-LAX-LHR.這就是最好的越洋航線的例子,而且還跨太平洋及大西洋.

英國外海鑽油平台上有個J-79發動機,已經運轉十多年沒關車過! 若沒有Start Cycle, Jet-Engine在定速下運轉是非常穩定的!

2007-06-27 07:45:35 補充：
Mason,我是你認識的那位William康康沒錯!
這個問題就如我前幾天跟你討論的一樣,沒想到在這出現了.
多了這個知識分享平台,我想以後大家會常常看見我的.
不過我開始要做B787 Project,所以我比較沒時間作較詳細的回答.
但是我還是會盡可能撥點時間上來,大家交流討論一下的.

關於L1011機尾二號引擎的噪音問題.
我Aerodynamic教授前兩天剛好作了比喻...
Engine+Bulkhead+Cabin=Super Speaker.

2007-06-27 17:39:04 補充：
B747-400 Engine fail QRH.
Condition:Engine failure or flameout
THRUST LEVEL..................................CLOSE
(Assists in recognition of affected engine.)
FUEL CONTROL SWITCH..................CUTOFF
TRANSPONDER MODE SELSCTOR...TA ONLY
Do not accomplish the following checklist:
ENGINE SHUTDOWN

Answer 2

這有類似的

▶▶http://qoozoo20140926.pixnet.net/

Answer 3

厚 ~ 高手如林 !

小弟在此 , 洗耳恭聽 , 醍醐灌頂 !!!

Answer 4

我有比較另類的看法.是關於飛行操控.


早期對於輔助配平技術較差.二側發動機的配置.對俯仰操控有利.但是較小空域的操作進場不是很好.


以三邊進場為例.


發動機在後的設計機身傾角可以小一點.增進乘客安逸舒適.


現在飛行操控電腦介入程度很深.飛行員監看自動飛行系統"出搥"的時候還佔大部分呢.


至於雙/四發動機設計也拜科技發展緣故.


現在的發動機推力更大反而更省油.所以雙發是主流.不過一些越洋飛機還是四發設計是有其道理.


一但一具發動機失效.為了推力平衡.通常會關掉對應的發動機以求飛行平穩.


雙發可不能這麼幹.




2007-06-27 00:24:34 補充：
我印像中有規定.
要做洲際飛行的客機.
不能是雙發動機的.
區間客機就沒此限.

2007-06-27 13:10:43 補充：
區間客機用單發跛腳飛行.可以就近轉場降落.
越洋飛機要用單發撐長距離飛行.發動機超負荷運轉比較令人有疑慮.
所以會有我所補充一事.
我承認近十多年來.
新一代的雙發客機逐漸擔任越洋飛行.因為發動機的性能愈趨可靠.平均故障率已非之前的技術可比擬.
但是.飛行安全都是三倍以上考量.
要讓所有執行越洋飛行的航空公司認同單發動機足以撐上幾千浬航程的可靠度.還需發動機製造商提出更有力的安全時數.

2007-06-27 13:19:13 補充：
四發動機在飛行的時候若有一具發動機故障.
飛行員為了飛行平穩.的確會關掉對應一邊的發動機.
變成二個發動機飛行.
這也是為何越洋飛行要求四發動機以上的考量.
萬一在長途越洋時發生.起碼還有二具發動機足以做可靠飛行.
這不是我憑空想像.是有這麼一說.但在哪看到的我忘啦.依稀是全球防衛雜誌.

Answer 5

如果你去查 B-727 . MD-11 那些發動機置於後方的客機
你會發現出廠年代很相近
為什麼呢?答案是"流行"!
當時流行發動機配置在機身後方!

我記得本來麥道還有發展MD-12的計畫
MD-12藍圖中有幾種構型就是後置發動機的
麥道因發展MD-12成本過高導致破產才被波音收購
那時還有留下最後一款生產中的飛機 MD-95
就是今天的 B-717 ( 較 MD-90小架 )

Answer 6

康康如果是我認識的那一位，應該是很資深的機務，學問淵博。幫他回答一下，CG是CENTER OF GRAVITY的縮寫，就是重心，因為引擎重，重量集中在雞尾的話，裝載人貨的時候要特別小心(有第三顆引擎的飛機也一樣)，不小心的結果就是
http://aviation-safety.net/photos/incidents/20020109-I-0-I-d-1-500.jpg

2007-06-26 06:24:00 補充：
哈哈，機尾寫成雞尾。
另外引擎噪音，如國內的MD90，就號稱最安靜的客機，因為在飛機的中段以前都聽不到引擎的聲音，不過坐在尾段的乘客就沒有這種感受，因為跟引擎貼很近。

2007-06-26 09:40:41 補充：
基本上同意康康的說法，CG(CENTER OF GRAVITY)會造成運作上的一些困擾。
我的看法是版主提到的機型MD82、MD90系列是屬於麥道的，麥道被波音購併之後，這些原本就是B737的競爭機種的飛機，下場自然只有結束一途(連MD11、DC10也是一樣)。
至於L1011(板主寫成L1101)飛機有數十年歷史，飛機製造廠向來不是主流，數量不夠大就不會有經濟價值，賣不了便宜的價格自然市場會萎縮，被自然淘汰！
另外的觀點是MD82，DC9這些飛機的油耗、客艙寬度都不比737或者A320，在油價日高、乘客舒適要求日高的情況之下也會被自然淘汰！
MD11是很可惜的飛機，主要是油耗不夠經濟，然後公司被併購之後與波音的一些飛機市場重疊，也被淘汰。不過所有MD11被淘汰的客機在市場還是很熱絡，大家都買去改貨機，因為以她的載貨量、航程，少有能跟她相比的。
若要說飛機設計上的問題，以MD11來說，再垂直尾翼上裝了一顆引擎，除了重量造成飛機的CG往後移，這些因素不說，垂直尾翼上面方向舵的面積就比一般沒有第三顆引擎的面積少，相對的效率就比較差，對飛行員來說算是比較不利的因素，進場速度比B747還要快。不過主要還是麥道飛機的品質還是比波音稍差、油耗不夠經濟是她的致命傷！
要改善油耗必須由飛機的整個結構下手，機翼的長度、機翼的剖面、後略角度、機翼面積、機身的平整度等。這些都是麥道飛機的致命傷！(小弟剛好飛過MD90與MD11)
至於版主所提問的，引擎在機翼下方與在機身後方的差別，對機師的操控影響比較大，對航空公司的運作如康康所提，維修上有些許的差異。至於油耗，則跟機身的整體設計有關，與引擎的所在位置差異沒有正確的數據難以比較！
由於引擎的耐用度越來越好，如康康所說ETOPS的航程越來越遠，自然兩顆引擎的優勢就顯現出來了，可以用兩顆引擎何必用三顆、甚至四顆？維修、油耗成本可以大大降低，就是兩顆引擎的最大優勢！

2007-06-27 06:14:28 補充：
四顆發動機的飛機飛行中如果有一顆發動機故障，要關掉對面相對應的另外一顆引擎，以保持平衡，這是聞所未聞的說法，那雙引擎飛機損失一顆發動機為了平衡要不要也關了另外一顆？任何動力在飛機上都是重要珍貴的元素。不可能好好的引擎不用把它關掉，完全不合邏輯！
雙發動機只能飛區間也是好幾十年的想法了。為什麼會有ETOPS？就是為了雙發動機飛機可以飛長程，B777-200LR保有世界紀錄，由香港往東飛倫敦，航程21602公里，時間22小時42分鐘。這種航程怎麼會只限制區間飛行？長榮航空越洋航線的747已經逐漸被777取代了，為什麼被取代？因為777飛的比747久！航程更遠！

2007-06-28 10:50:49 補充：
發動機裝置在尾部飛機並非絕跡，目前賣得很不錯的還有這一系列的飛機：Bombardier CRJ
http://en.wikipedia.org/wiki/CRJ
這在國外處處可見。小型短程還滿好用的！

2007-06-28 10:53:19 補充：
康康ㄚ，我哪有年輕，都白髮蒼蒼了，只差齒牙還未動搖！呵呵，果真沒猜錯！就是愛搞飛機的您

Answer 7

這位康康以前沒看過他回答問題，應是新加入知識+ 的朋友
雖是初學五級，回答的都很深入，未來可能也是位大師
會不會哪天在機坪遇到您呀!

Answer 8

這些問題 我好像有看過國外的飛航迷有討論過耶
只不過有點忘了內容

Answer 9

發動機艙於機身前段：
此為在活塞發動機時代常用之設置方式，目前仍舊有航空器採用此方式，如美國的民用私人航空器。而採用噴射發動機艙於機首的有俄國的翼地效應載具。此種方式使發動機之推進氣流不受機身干擾，且可將推進氣流吹到機翼增加升力，而前拉式的螺旋槳更可以協助發動機散熱。缺點是機首截面積可能過大而增加摩擦阻力，尤其是選用活塞空冷式發動機之航空器。故選用此類發動機艙位置之航空器，飛行半徑不長。而飛行重心在前機身可使尾翼力矩拉大，已調整不穩定的前機身，故早期飛機的垂直安定面與水平安定面之設計都很小。

發動機艙於機身中段：
少數螺旋槳飛機採用此配置方式，目的是將飛行重心往後移，以便於機體內增設裝備，或是減少機首截面積來降低阻力，或是考慮保護發動機，但缺點是活塞的傳動軸會過長，維修不易。 現代航空氣像是1950年代的活塞器冷發動直昇機與目前仍在服役的英國獵鷹垂直起降攻擊機。在垂直起降航空器方面，因飛行重心與推力重心相同，故裝置可轉動噴嘴渦輪風扇發動機之艙位設置

發動機艙於機身尾段：
發動機艙於機身尾段：在1915年代的戰鬥機有部分採用此類設計，主要是為了瞄準與射擊方變，但推進效率與發動機之冷卻效果不佳，很快就被淘汰。 此方式用在裝置噴射發動機之商用航空器上，除了要向後噴氣、降低波阻力，也是要降低客艙內的噪音。代表性機種有Lockheed L1011三星式廣體客機，其2號發動機就是位於機尾段之發動機艙內。

發動機艙於機翼翼內：
於1940年隻螺旋槳機廣泛採用的安置方式。在噴射發動機時代，最早出現於1967年之英國Havilland D. H.106 Comet客機，該機為民用航空史上手架噴射客機。起初，若發動機仍舊裝在機翼前緣，會產生很大的阻力，且影響機翼上方氣流之穩定。而在機翼結構和翼面氣流之妥協下，將發動機設於機翼及機身銜接處，不僅可以擺脫機翼荷重之問題，翼面整流的問題也可以單純化。

發動機艙於機翼下方：
波音公司於B-47轟炸機上首次採用，據說源自二次大戰時期擄獲之納粹德國航空器研發資料。因為在近音速飛行時若發動機艙在機翼中會有波組效應，因此經過風洞測試發現發動機艙掛在機翼下方的方式最佳。除次音速效率增高外，並抵消升力對主翼產生之向上力矩現象，也可以減輕副翼反效應問題，同時對於定期維修與更換發動機之作業更為容易。但需小心渦輪風扇吸入地面雜物造成壓縮斷葉片損毀。

發動機艙於機翼上方：
如Berive B-200，此類水陸兩棲固定翼航空器採用此種設計，其目的及優點是讓發動機不易進水而熄火，缺點是維修不易及破壞主翼升力係數。此外，像是An-72運輸機採上吹式主翼已增加升力，但於發動機艙熱段後的上機翼要舖設耐熱材料，而影響之機翼面積不大，增加之總升力過小。

發動機艙於機翼翼端：
發動機艙於機翼翼端：此類設計不常見。現今唯一採用之量產機型是波音公司與貝爾公司合作發展的V-22傾轉旋翼運輸機。此種設置方式雖然可以減輕渦流衍生阻力，但發動機艙與機翼結構、液壓、控制、電力管線整合上之複雜性，發動機艙液壓旋轉機構之問題，使該航空器至今問題不少。

發動機艙於機身旁：
此方式用在裝置噴射發動機之商用航空器上，除了要向後噴氣、降低波阻力，也是要降低客艙內的噪音，同時便於維修。其裝置方式為於機尾段外掛上發動機，代表機種像波音717，軍用機則為A-10攻擊機。將發動機艙貼於機體，可空出機身且又不妨礙主翼或翼胴融合之氣動力設計。戰鬥機像MiG-29及Su-27是將發動機艙貼於機體下，採夾艙方式，主要是氣動力設計上處理之因素。