У самолета круглые иллюминаторы не ради красоты. Что было не так с квадратными?

Самолеты летают на высоте 10 километров, и это стало обычным делом. Мы привыкли к иллюминаторам с маленькой дырочкой на нижней части. А также мы привыкли к тому, что окошки в самолетах имеют круглую форму. И мы даже не знаем о том, что когда-то давно они были квадратными. Почему же от такой формы отказались?

Сначала окна в самолетах были квадратными, но от этой идеи быстро отказались

На высоте самолет буквально пытается раздуться

На высоте 10–12 километров воздух слишком разрежен для свободного дыхания. Чтобы людям на борту не приходилось постоянно сидеть в кислородных масках, салон надежно герметизируют и искусственно нагнетают в него воздух. В итоге образуется огромная разница, при которой внутри самолета давление намного выше, чем за бортом.

Из-за этого эффекта металлический корпус пытается раздуться, словно плотно закрытая пластиковая бутылка. Во время каждого набора высоты обшивка слегка расширяется, а при снижении возвращается в исходное состояние. Для человеческого глаза эти колебания совершенно незаметны, но тонкий металл воспринимает каждый полет как тяжелый цикл растяжения и сжатия.

Квадратное окно в самолете быстро бы его разрушило

Если проделать в равномерно растянутом листе металла круглое отверстие, механическая нагрузка плавно обогнет его контур. Но стоит вырезать квадрат, как физика резко усложнится. Острый угол становится местом, где скапливается вся разрушительная сила.

Квадратное окно не прорвет обшивку за один рейс. Главный враг это усталость материала, которая медленно накапливается за тысячи циклов взлета и посадки. Сначала в напряженном углу появляется незаметная глазу микротрещина, а затем она постепенно растет, ослабляя корпус.

Катастрофы первых реактивных лайнеров

В начале 1950-х годов Великобритания запустила в регулярные рейсы первый реактивный пассажирский самолет de Havilland Comet. Это была невероятно передовая машина с герметичной кабиной и большими эффектными окнами почти прямоугольной формы. Но в 1954 году два таких лайнера с интервалом в пару месяцев взорвались прямо в воздухе над Средиземным морем.

Реактивный пассажирский самолет de Havilland Comet

Чтобы найти причину трагедий, инженеры провели уникальный эксперимент. Они поместили списанный фюзеляж в огромный резервуар с водой и начали менять внутри давление, имитируя один полет за другим. Спустя тысячи циклов корпус лопнул.

Эксперимент с самолетом в бассейне

Расследование доказало, что усталостные трещины брали свое начало прямо от острых углов окон и соседних отверстий под крепеж. Недостаточное скругление вырезов в сочетании с тонкими материалами обшивки оказалось фатальным недочетом, который навсегда изменил авиастроение.

Читайте также: Иллюминаторы самолетов будут показывать названия живописных мест — вот как это работает

Устройство окна самолета и секрет маленького отверстия

Сегодня иллюминаторы редко делают в форме идеального круга. Чаще всего мы видим овалы или прямоугольники, но с очень большими и плавными закруглениями. Контур должен перетекать мягко, без резких изломов. А та прозрачная часть, к которой можно прикоснуться рукой, представляет собой сложный сэндвич из нескольких слоев акрила.

Если внимательно присмотреться к окну в полете, в нижней части внутреннего стекла можно заметить крошечную дырочку. Она выполняет сразу несколько важных функций:

• помогает выравнивать давление в воздушной прослойке между внутренним и внешним слоем остекления;
• заставляет наиболее прочный наружный слой принимать на себя основную нагрузку;
• создает циркуляцию воздуха, предотвращая запотевание и образование льда между стеклами.

Это крошечное отверстие защищает иллюминатор от перепадов давления и конденсата

Причины цилиндрической формы фюзеляжа

Логика плавных линий распространяется не только на окна, но и на весь корпус. Пассажирские самолеты похожи на длинные трубы именно ради безопасного удержания воздуха внутри. Нагрузка при этом совсем не маленькая.

Например, у некоторых Boeing 747 перепад между давлением в салоне и за бортом может достигать примерно 61 килопаскаля. Это значит, что на каждый квадратный метр фюзеляжа изнутри действует сила около 61 тысячи ньютонов, что примерно соответствует весу 6,2 тонны. И такая нагрузка появляется практически при каждом полете на большой высоте.

Цилиндрическая форма помогает распределить это огромное усилие по всей оболочке корпуса без резких слабых мест. В круглой трубе давление в основном растягивает обшивку по окружности, и нагрузку можно передавать через шпангоуты, стрингеры и другие элементы каркаса.

NASA, например, во время испытаний фюзеляжа Boeing 737 под перепадом давления 6,2 psi зафиксировало, что напряжения по окружности корпуса были выше продольных. Если же сделать фюзеляж квадратным, в его углах появятся дополнительные изгибающие нагрузки и концентрация напряжений, поэтому эти места придется гораздо сильнее укреплять. Круглый корпус позволяет выдерживать огромное внутреннее давление при меньшей массе конструкции.

Еще больше познавательных материалов вы найдете в нашем Telegram-канале. Обязательно подпишитесь!

Как подробно объясняют в своих разборах авторы издания «Вокруг света» и научных публикаций из базы «КиберЛенинка», отказ от острых углов стал поворотным моментом в истории авиации. Современный облик лайнеров это результат выверенного компромисса между легкостью и надежностью, где у усталостных трещин просто не остается удобного места для зарождения.