Гленн Мерфи - Какой громкой бывает отрыжка?

Теоретически почти никаких ограничений размеров для самолетов не существует. Однако строительство, полеты и обслуживание самолетов-супергигантов связано с множеством специфических проблем. Поэтому, если мы сделаем самолет слишком большим, он окажется не совсем удобным для воздушных путешествий.

— Так значит все-таки можно строить самолеты-супергиганты намного больше Боинга 747 («Джамбо Джет»), и они будут летать?

Мы уже это делаем, и они летают. Авиакомпания «Singapore Airlines» начала эксплуатировать аэробусы А380 «Суперджамбо» в 2007 году. Длина А380 составляет 73 м, а размах крыльев 80 м. Он способен перевозить до 850 пассажиров — на 50 % больше, чем средний аэробус — и с полной загрузкой весит почти 590 000 кг (590 тонн). Невзирая на это, самолет способен лететь на высоте 13 тысяч метров с крейсерской скоростью около 1 050 км/ч.

— Ничего себе! И что, он самый большой?

Почти. Транспортный самолет Ан-225 «Мрия» еще больше. Его длина около 84 м и размах крыльев 88 м. Самолет был построен для перевозки различных компонентов советских космических ракет. В 1989 году он совершил полет, в котором было установлено сразу 110 мировых рекордов, включая рекорд максимальной взлетной массы — 509 тонн, рекорд скорости полета по замкнутому маршруту длиной 2 000 км с грузом 155 тонн — 815,09 км/ч и рекорд высоты полета с этим грузом — 12 430 м.

— Но как таким тяжеленным махинам удается оторваться от земли, не говоря уже о том, чтобы совершать рекордные полеты? Я знаю, что они это делают, просто все выглядит нереально.

Что вы этим хотите сказать?

— Я хочу сказать, что маленькие самолеты и планеры весят совсем немного и их не очень трудно оторвать от земли. Но как поднять в воздух громадину размером с дом и заставить ее там держаться?

В принципе, с помощью достаточно больших крыльев и мощных двигателей можно поднять в воздух все, что угодно. Даже дом. Правда, домом будет не очень легко управлять в полете, и большинство из них развалятся при попытке это сделать. Однако вовсе не вес и не размеры дома заставляют нас отказаться от этой идеи.

— Тогда что же?

Все дело в аэродинамике. На находящийся в воздухе самолет (или летающий дом, летающий автобус или что угодно) воздействуют четыре силы. Это сила тяжести, подъемная сила, сила тяги и сила сопротивления.

С силой тяжести все просто, она тянет самолет к земле. При прочих равных условиях чем больше масса самолета, тем сильнее его тянет вниз, и тем труднее поднять его в воздух.

— Вот и я о том же! Но как тогда…

…потерпите минутку, мы еще не закончили.

— Ой, извините.

Чтобы преодолеть силу тяжести, нам нужно создать противоположно направленную силу, которую называют подъемной. Эта сила тянет (или точнее толкает) самолет вверх, заставляя его подниматься над землей. С помощью достаточно большой подъемной силы можно поднять в небо даже самые тяжелые летательные аппараты. Для этого можно, например, использовать большой горизонтальный пропеллер или несущий винт — как у вертолетов. При вращении такого винта его расположенные под наклоном лопасти с силой гонят воздух вниз и создают область высокого давления, которое толкает вертолет в противоположном направлении — прямо вверх. Однако в случае с самолетами подъемная сила создается иначе.

— И как это делается?

В общем, двигатели самолета (винтовые или реактивные) гонят воздух назад и как бы проталкивают машину сквозь воздушную среду. Эта сила, заставляющая самолет двигаться вперед, называется тягой. Кроме того, при перемещении самолета в воздухе создается сила сопротивления. Она является результатом трения, возникающего между корпусом машины и воздухом, и тянет самолет назад, замедляя его скорость. Сила тяги должна быть достаточно большой, чтобы при разгоне самолет мог преодолеть силу сопротивления и набрать взлетную скорость, необходимую для отрыва от земли.

— Но почему сила тяги заставляет самолет не просто нестись по земле, а взлетать в небо?

Хороший вопрос. Сама по себе сила тяги не создает подъемную силу. Но зато она заставляет воздух на большой скорости обтекать крылья, которые расположены под углом к направлению движения (он называется углом атаки), чтобы отбрасывать встречный поток вниз и тем самым создавать необходимую самолету подъемную силу, которая толкает его вверх. Изогнутая форма крыла помогает создавать дополнительную подъемную силу, но она не так важна, как размеры крыла или угол атаки. Если тяги хватит, чтобы преодолеть сопротивление, то создаваемая подъемная сила может оказаться достаточно большой, чтобы преодолеть силу тяжести и поднять самолет в воздух. Это понятно?

— Понятно. Но почему нельзя просто приделать к дому крылья и двигатели и летать на нем куда угодно? Тогда, добравшись до места назначения, не нужно было бы платить за гостиницу…

Великолепная идея, и лично я с удовольствием слетал бы в собственном доме на Карибские острова, но, к сожалению, она не очень практична. Большинство домов строятся, чтобы неподвижно стоять в течение многих лет на твердой земле. И хотя поднять их в воздух с помощью достаточно мощных двигателей и крыльев теоретически возможно, необходимая для полета сила тяги, скорее всего, разнесет их на куски. Кроме того, аэродинамическое сопротивление грубой прямоугольной конструкции дома сильно затруднит задачу поддержания скорости и управления полетом. Огромные, тяжелые самолеты, вроде аэробуса А380, справляются с этими проблемами благодаря специальной конструкции корпуса — достаточно прочного, чтобы выдержать силу тяги, и обтекаемой формы, чтобы максимально снизить сопротивление.

— Короче, если придать самолету правильную форму и сделать его достаточно прочным, то вес не будет иметь значения. Тогда почему мы не строим самолетов еще больше и тяжелее тех, что у нас уже есть?

Отчасти потому, что у нас пока нет авиационных двигателей, достаточно мощных, чтобы разогнать до взлетной скорости что-нибудь тяжелее чем «Суперджамбо» или Ан-225. К тому же, чем тяжелее самолет, тем больше должны быть размеры его крыльев, создающих подъемную силу. Это дополнительно увеличивает вес самолета и заставляет использовать для его постройки более прочные (и легкие) материалы. И даже если такой самолет сумеют построить, это не означает, что его можно будет использовать.