Motores

[Mors]

Alguien sabe cuales son las ventajas/desventajas (aerodinamicas, performance) de instalar en un avion los motores en la cola (tipo MD-80) o bajo las alas?

[Pepe le Peu]

Como todo, tiene sus pro y contras. La ventaja es que el ala está "limpia" entonces se le saca el máximo rendimiento, la otra es que los motores en la cola están más protegidos de la ingestion de pájaros o FOD (Foreign Object Debris), con los motores abajo del ala, sobre todo el 737 que están bien bajos, se tragan todo lo que anda suelto por la plataforma o pista, para el piloto es más fácil el control en caso de falla de motor ya que la guiñada es mucho menor, solo hay que ver el tamaño de la cola del 737 comparado con el MD, la cabina de pasajeros y pilotos si la comparamos con el 737-200 es mucho más silenciosa.
La desventaja que puede haber es que para el mantenimiento de motores se necesita un andamio o escalera, pero los mecánicos me han dicho que es más cómodo el MD que el 737 porque tienen todo a la vista y en 737 se tienen que andar tirando en el piso, la parte trasera de pasajeros es un poco molesto si los motores no están sincronizados, en caso de llegar al punto de entrar en pérdida de sustentación es algo crítico que el motor esté en la cola porque el ala le hace "sombra" aerodinámica lo que puede causar que el motor de apague, otro tema es la formación de hielo arriba del ala durante la escala en tierra, si está nevando, o hace mucho frio y llueve, ya que se acumula una capa de hielo en el extrados y durante el despegue ésta puede desprenderse y ser ingestada por los motores produciendo que se apaguen, para ello los MD tienen un sistema llamado Ice FOD Alert, el cual detecta y avisa a los pilotos de la formación de hielo sobre el ala cuando se está en tierra.
Más dudas? Escucho. Tengo un libro de motores que habla del tema, si tengo tiempo transcribo algunas cosas.

[Mors]

Muchas gracias, fue muy clara e interesante la respuesta

[Pepe le Peu]

Acá lo encontré:
1- Motores bajo el ala:
- Ventajas:
Dependiendo de la geometría y velocidad de crucero de diseño, la resistencia por interferencia es minimizada.
La eficiencia de la toma de aire es rara vez comprometida por flujos alterados.
Los motores proveen alivio en el arqueo reduciendo el peso de la estructura del ala.
El perfil alar no está comprometido.
Con grandes ángulos de ataque, los pilones tienden a actuar como barreras controlando el flujo de aire hacia las puntas de ala.
Hay un daño acústico menor en la estructura.
La accesibilidad es buena.
Habrá un daño general menor en caso de aterrizar con el tren arriba.
-Desventajas:
A menos que los motores sean instalados bien "adentro", la guiñana producida por la falla de un motor es alta. Esto demanda buen control direccional e trae comparativamente velocidades críticas más altas.
Con pilones debajo del ala la libertad de rolido en tierra está limitada.
Tener los motores debajo del ala puede tener un efecto adverso en el control longitudinal, cuando la potencia aumenta sube la nariz, cuando baja, la nariz cae.
En un ala con flecha y 4 motores el flujo de escape de la reversa de los motores internos puede complicar el flujo de las tomas de aire de los motores externos.
Los motores debajo del ala son más propensos a la ingestión de objetos en la pista, rodajes o plataformas.

2- Motores en la cola:

Ventajas:
Un marcado beneficio en la reducción de ruido en la cabina de pasajeros.
La guiñada por falla de motor es pequeña por el poco momento generado por los motores.
El diseño del ala no tiene restricciones de montajes de motores y puede ser optimizada en términos de sustentación y resistencia.
Un número impar de motores puede ser instalado.

Desventajas:
La cantidad de pasajeros está limitada por el largo del fuselaje.
Problemas con los motores ocurren más a menudo por interferencia en el flujo de aire hecho por el ala a altos ángulos de ataque.
Hay que tener más precaución con la instalación y protección de las líneas de combustible desde el ala hasta los motores.
Los motores están bien détrás del CG, esto da para un avión vacío un CG muy atrás, para ello el ala tiene que estar bien atrás, esto requiere un cola más grande.
El peso de la estructura básica es mayor dado que el ala tiene que ser más fuerte, ya que no cuenta con el alivio de los motores, y la parte trasera del fuselaje también tiene que ser más fuerte.
La cola generalmente es en forma de T, trayendo, en algunos casos, problemas en situaciones de pérdida de sustentación.

[Pepe le Peu]

Como experiencia personal, es más cómodo volar con los motores en la cola, la guiñada es menor y cuando das potencia no se te va la nariz para arriba o para abajo cuando le sacás, cosa que pasa con el 737 y no con el MD. Lo único malo es que no escuchás los motores si están en la cola, lo que te hace ir siempre mirando los instrumentos de motor, en el 737 solo con el sonido sabés cuanto pusiste o sacaste.

[Mors]

El peso de la estructura básica es mayor dado que el ala tiene que ser más fuerte, ya que no cuenta con el alivio de los motores, y la parte trasera del fuselaje también tiene que ser más fuerte.

Supongo que estas son las razones por las cuales los aviones de gran porte llevan sus motores bajo las alas, digo, para no ser mas pesados de lo necesario, no?

[Pepe le Peu]

Más que nada porque un avión muy grande necesitaría motores muy grandes y sería un avión muy largo,  lo que haría estar el CG muy atrás por el peso de los motores, que para compensar haría falta lastre en la nariz, lo que aumenta más su peso. Por ej. el MD para volar en ferry vacío por lo general se le ponen unos lastres en la bodega delantera ya que no hay pax y ni equipaje para que esté el CG dentro del margen. El caso del Il-86, un avión ruso con 4 motores en la cola, usabe como lastre un tanque de agua en la nariz que se lo llenaba creo que para el despegue, una vez estacionado se le ponía un "muchacho" (así es como se lo llama) en la cola por las dudas se vaya a sentar de culo.

[Crunch]

Muy buena respuesta Pepe.  Estoy asombrado.

[Victor]

2- Motores en la cola:

Ventajas:
...
...
Un número impar de motores puede ser instalado.

Los aviones que tienen sus motores bajo el ala, no tienen tampoco inconvenientes en tener una cantidad impar de motores, como el DC10, MD11, L1011, demostrando ser aviones eficientes en su tipo para sus épocas.

Se me ocurre que los motores en la cola son mas eficientes por alguna razón para los aviones de pequeño y mediano porte (podría decir desde un microjets, taxis aereos hasta un MD90 ó B727), pero al parecer las compañías optan mas por aviones con motores bajo el ala.
De hecho, fabricantes de aviones (como el caso de la Embraer) también están optando en frabricar aviones medianos con motores bajo el ala (como el ERJ170, ERJ175, ERJ190, ERJ195).

[727/287]

Muy buenas y clarisimas tus respuestas Pepe. Agregaria que el tema de la perdida de sustentacion en el caso de la cola en T (necesaria para colocar los motores en la cola es producida porque , al igual que lo que claramente explicaste como efecto en los motores, en el caso de la perdida la cola  (la cola es la que hace salir al avion de la perdida) , queda "sumergida" en el flujo turbulento que produjeron las alas cuando entro en perdida. En este caso es problematico "sacar" al avion de la condicion de perdida; es el caso de la "super stall" o "deep stall"( que no es el coffin corner)
       Ya dije que la cola , al continuar produciendo sustentacion en un avion con cola baja , tiende a llevar la nariz abajo ( porque lleva la cola arriba) , acelerar el avion y sal¡r de la perdida. La cola alta al perder la sustentacion tiende a dejar "caer" la cola aumentando la tendencia "nariz arriba" con lo que se agrava la condicion de perdida. Sin embargo el sistema de motores en la cola ( que si mal no recuerdo fue diseño de Sud Aviation con el Caravelle) ha sido empleado por muchos constructores de aviones Vg:Boeing, Douglas,  Lockheed, Vickers, Illushin, Bac, Hawker, Lear, Grumann, y seguramente algun otro que se me escapa de la IBM ( Inmensa Bola de Mi... )
 El Illushin tiene el "muchacho" que es retractil y con ruedas, al 707 se le coloca un muchacho  colgando de la cola cuando se manejan cargas pesadas  y se deja hasta que el avion este balanceado, si no se cae.
 Saludos
 Alejandro