Ви коли-небудь замислювалися, чому на літаках закруглені вікна? Давайте розбиратись.
Протягом багатьох років і блискучих проривів в аерокосмічній інженерії — від скромних починань з безмоторними планерами до величезних авіалайнерів, здатних перевозити сотні пасажирів і неймовірну кількість вантажу — людство постійно оптимізувало та вдосконалювало аеродинаміку та конструкцію суден, які дарують нам диво польоту.
Конструкція літаків в основному базується на вимогах максимальної безпеки для пасажирів, тому надзвичайно важливо розуміти, як поводять себе на високих швидкостях окремі елементи конструкції літального апарата. Ось, наприклад, сьогодні ми навіть не можемо уявити авіалайнер з вікнами іншої форми, крім овальних, але так було не завжди.
Виявляється, цей ключовий елемент конструкції літака коштував життя десятків людей. Адже у 1950-х роках сталося кілька трагічних катастроф літаків, оснащених… квадратними вікнами.
Розробники вдалися до звичної нам форми через серйозні наслідки впливу кутастих вікон на конструкції літака. Розробка сучасної форми вікон літака не обійшлася навіть без кількох серйозних аварій.
Лише в кінці шістдесятих років минулого століття з’явилися перші літаки з закругленими вікнами, і це відбулося не тільки з естетичних міркувань. Справжня причина, яка змусила конструкторів назавжди змінити дизайн літальних апаратів, зовсім інша. Практично в кожній конструкції подібного типу сьогодні використовуються закруглені вікна, і навіть якщо вони мають трохи іншу форму, все одно використовуються закруглені, згладжені кути. Чому це відбувається? Щоб знайти відповідь на це питання, нам доведеться повернутися на кілька десятків років назад.
Також цікаво: Чому в пасажирських літаках немає парашутів
ЗМІСТ СТАТТІ:
Ранні конструкції літаків
Спочатку літаки взагалі не мали вікон. Якщо ви подивитесь на будь-яку фотографію перших літальних апаратів братів Райт, то відразу помітите відсутність будь-яких вікон або навіть суцільних міцних конструкцій. Їхньою головною метою була сама концепція польоту з двигуном. Їм не потрібно було турбуватися про комфорт пасажирів, вони також літали не настільки високо чи швидко, щоб це мало значення. Однак, оскільки літаки продовжували вдосконалюватися, а дальність, висота та швидкість польотів постійно збільшувалися, для комфорту та безпеки пасажирів знадобилися герметичні кабіни. Перші гермолітаки почали будувати з 1940 року.
Але вікна в таких літаках були прямокутними. Причина була естетична, бо наче вони виглядали краще з таким дизайном. А функціональність? Проблем також не було, оскільки літак рухався на обмеженій висоті.
Авіаперевезення почали стрімко поширюватися, але у той час компанії використовували таке конструктивне рішення, яке призвело до катастрофічних наслідків. Але спочатку дещо про наукову сторону цього питання.
Читайте також: Найкращі українські військові БПЛА, частина 1: Розвідка та коригування
Елементарні закони фізики
З розвитком повітряних перевезень інженери дізналися, що чим вище політ літаків в атмосфері, тим менша турбулентність та опір. Літаки могли літати швидше і витрачати менше палива в розрідженій атмосфері. Однак таке збільшення висоти польотів вимагало забезпечення відповідного тиску всередині літаків, щоб екіпаж і пасажири могли комфортно дихати на висоті 10000 м або близько того.
Щоб функціонувати належним чином, кабіна повинна мати циліндричну форму. Однак змінення форми кабіни призводить до різниці тиску між внутрішнім і зовнішнім повітрям. І ця різниця лише зростає, коли літак піднімається вище. Коли тиск зростає, корпус літака трохи розширюється, а матеріали літака зазнають великого навантаження.
Додавання вікон створює переривання рівномірності цієї напруги. Коли закруглені вікна зазнають тиску, їх більша структурна цілісність дозволяє їм рівномірно розподіляти навантаження. Так вони краще тримаються. Квадратні вікна не мають такої переваги. Кути квадратних вікон є слабкими місцями, які можуть тріскатися або розбиватися.
На жаль, зрозуміли це інженери тільки після серії жахливих аварій.
Читайте також: Найкращі українські військові БПЛА, частина 2: Розвідка та далекобійні удари
de Havilland Comet – найгірший авіалайнер в історії?
Травень 1952 року. Перший комерційний реактивний авіалайнер в історії, de Havilland Comet, офіційно дебютує на ринку цивільної авіації. Авіалайнер мав повністю аеродинамічний фюзеляж, квадратні вікна і гермокабіну, що додатково забезпечувало доволі хорошу звукоізоляцію працюючих двигунів. Якщо коротко: на папері у літака було все, щоб стати комерційним хітом. Тоді ще ніхто не знав, що буде якраз навпаки.
Декількох місяців після дебюту машини вистачило, щоб її виробництво і експлуатацію призупинили та почали ґрунтовно модернізувати конструкцію літака. В чому ж причина? Це стало наслідком трьох катастроф літака – у травні 1953 року, у січні 1954 року та у квітні того ж року, що призвело до загибелі 99 осіб. Розробники були в шоці, компанія несла збитки, пасажири не хотіли купувати квитки на de Havilland Comet. Всі розуміли, що терміново необхідно всі авіалайнери зняти й рейсів, щоб припинити ці жахливі аварії. А фахівці з авіакатастроф почали шукати причини цих прикрих інцидентів.
Також читайте: Маловідомі сторінки історії авіації: Bell X-1 – перший надзвуковий літак
Квадратні вікна – джерело проблеми
Справа de Havilland Comet була досліджена дуже ретельно, тому що літак зміг пройти суворі випробування перед комерційним дебютом. Зрештою, це був перший літак такого типу, тому легко зрозуміти, що його довелося випробовувати різними способами. Вчені та інженери почали шукати причини таких незрозумілих аварій. Почалося довге розслідування, яке повинно було з’ясувати, чому літаки якимось чином просто розпадалися в повітрі. Насамперед, було виявлено, що проведені випробування були погано сплановані. Якщо коротко: коли фюзеляж машини піддавався випробуванням тиском, метал, що оточував вікна, майже непомітно деформувався. Це, у свою чергу, приховувало той факт, що в цьому місці була надзвичайно висока концентрація перевантажень. Саме вони впливають на літак у польоті на великих висотах. Деформований метал спричиняв менше навантаження на вікна під час випробувань, про що дизайнери Cometa навіть не знали. Вірніше, банально не звертали уваги, посилаючись на допустиму похибку деформації при таких випробуваннях. І саме підвищені навантаження у кутах вікон спричинили пошкодження фюзеляжу літака та розгерметизацію кабіни.
Коротше кажучи, форми з гострими кутами просто структурно слабкі, на відміну від круглих форм або дуг. Після катастроф de Havilland Comet конструктори пасажирських літаків нарешті зрозуміли це правило і з тих пір не використовували вікна квадратної форми. Звичайно, кораблі також використовують той самий принцип, тому що їх корпус також піддається великим навантаженням. На жаль, у випадку з літаками ці знання повинні були коштувати життя кільком десяткам людей.
Тобто, ключовим фактором була втома металу. Варто зауважити, що у той час матеріалознавство було не дуже розвинене, але після багатьох випробувань фюзеляжу літака de Havilland Comet вдалося визначити, що саме метал, який оточував кути вікон, тріснув під час підйому літака в польоті.
Так світ цивільної авіації відкрив для себе округлі ілюмінатори.
Читайте також:
- Boeing та «Антонов» працюватимуть разом над оборонними проєктами
- У США повертають у стрій списані бомбардувальники B-1B
Що таке вікно-ілюмінатор?
Ілюмінатор, як правило, є круглим вікном, яке може відкриватися або залишатися закритим. Їх можна використовувати на літаках, кораблях і в будинках. Часто вікно-ілюмінатор в будинку використовується як декоративний елемент, створюючи неповторну атмосферу або даруючи відчуття радості. А округле вікно-ілюмінатор на борту літака не тільки запобігає повітряним катастрофам, але й створює затишну, майже домашню, атмосферу.
Якщо ви були спостережливими, то помітили, що в нижній частині вікна літака є маленький отвір. Але ні, це пов’язано не із зовнішнім виглядом, а з конструкцією літака. Тобто це закритий отвір, який виконує певну функцію. Ця невелика перфорація допомагає збалансувати тиск між пасажирським салоном та різними шарами ілюмінатора, таким чином зберігаючи рівномірність тиску між цими шарами, що не дає ілюмінатору тріснути та зламатися.
Мало того, ці отвори також запобігають запотіванню вікна через зміни температури та дозволяють волозі виходити. Це також запобігає замерзанню деяких шарів вікна за несприятливих погодних умов або на дуже великій висоті.
Варто також сказати, що з часом змінилася не лише форма вікон літака. Змінилося також те, як вони побудовані. По-перше, вікна, які ви бачите в літаках, насправді не скляні, вони акрилові. Це більш міцний матеріал, ніж скло.
Кожне вікно літака має три шари. Зовнішній шар є найтовстішим, щоб витримати тиск із зовнішнього боку літака. Далі йде ще один товстий шар. Внутрішній шар є найтоншим, оскільки він має витримувати лише внутрішній тиск літака. Оскільки вікна є дуже важливою частиною конструкції, перевірці їх безпеки приділяються особлива увага під час регулярних перевірок технічного стану літака.
Читайте також: Маловідомі сторінки історії авіації: Northrop XP-79B “Flying Ram” – літак для таранної атаки
Яке майбутнє вікон літаків?
Технології швидко удосконалюються і дозволяють створювати більш клієнтоорієнтовані конструкції для ілюмінаторів літаків. За іронією долі, в той час як сучасні новітні літаки, такі як Boeing 787, мають набагато більші і менш округлі вікна в порівнянні з іншими пасажирськими літаками, в майбутньому, можливо, доведеться повністю відмовитися від вікон у літаках або, принаймні, хоча б для пасажирів. Це пов’язано з тим, що авіаційна галузь прагне рухатися швидше та бути більш ефективною. Навіть маленькі вікна можуть збільшити опір літака.
Зараз є пропозиції щодо їх усунення та заміни вікон літаків на відеоекрани, які виглядають як вікна. Також є ще більш екстравагантні концепції. Вони пропонують перетворити всю стіну на відеоекран, який показуватиме, що відбувається ззовні.
Які ще ідеї стосовно ілюмінаторів в літаках виникнуть у сучасних інженерів та конструкторів, ніхто знає. Однак очевидно, що округлі вікна вкоренилися в наших культурних очікуваннях щодо того, як вони повинні виглядати, і навряд чи найближчим часом щось зміниться.
Читайте також:
