Легендарный Икар взмыл к солнцу на крыльях из перьев и воска – и горько пожалел об этом. С тех пор люди не оставили мечты о полёте, но научились делать крылья гораздо надёжнее и круче. Гигантское крыло гудит на ветру, плавно изгибается на турбулентности, и (это приятно не знать, но) тем не менее уверенно держит в воздухе многотонную машину.

Как инженеры добились такого чуда? Почему самолёт вообще летит и за счёт чего крыло не отваливается в полёте? Совершим небольшой экскурс от первых фанерных бипланов до высокотехнологичных крыльев Boeing и Airbus, заглянем внутрь крыла и разберём по полочкам его нехитрое устройство.

Как крыло ваще поднимает самолёт

Крыло самолёта имеет особый аэродинамический профиль, в сечении оно похоже на вытянутую каплю, слегка выпуклую сверху и более плоскую снизу. Благодаря этой форме поток воздуха обтекает крыло несимметрично. Сверху поток идёт длиннее и быстрее, создавая разрежение, а снизу медленнее и с повышенным давлением.

В результате появляется разность давлений, подъёмная сила, выталкивающая крыло, а вместе с ним и весь самолёт вверх. Крыло как бы подсасывается вверх низким давлением над собой и подпирается высоким давлением снизу.

Конечной, одной формы крыла маловато, нужна ещё адекватная скорость. Подъёмная сила прямо пропорциональна площади крыла, плотности воздуха и квадрату скорости потока.

Поэтому самолёту нужны крутые двигатели, чтобы разогнать крыло до высокой скорости потока. На взлёте турбины разгоняют лайнер по взлетной полосе, воздух начинает стремительно обтекать крылья, и на определённой скорости подъёмная сила превышает вес самолёта, машина отрывается от земли. Далее в крейсерском полёте двигатели продолжают толкать самолёт вперёд, а крылья постоянно поднимают его вверх. Если скорость снизится, то подъёмной силы станет меньше и самолёт может свалиться, поэтому в полёте важно выдерживать оптимальную скорость и угол атаки крыла (угол между направлением набегающего потока и хордой крыла).

При повышении угла атаки подъёмная сила растёт, но до поры.. слишком большой угол приводит к срыву потока. Воздух не обтекает верхнюю поверхность крыла, и подъёмная сила резко падает. За это отвечает уже аэродинамика и характер обтекания, но для пассажиров проявляется просто, самолёт начинает трясти, а в крайнем случае он переходит в режим сваливания (называемый штопором), чего пилоты, конечно, не допускают.

Тут интересно, что крыло больших самолётов рассчитано на трансзвуковые скорости. У таких крыльев заметная стреловидность, они отведены назад под углом ~30°.

Это сделано,чтобы отсрочить возникновение ударных волн при околозвуковой скорости и уменьшить лобовое сопротивление. Прямое крыло хорошо работало на дозвуковых скоростях старых самолетов, но реактивные лайнеры сделали стреловидными. В результате поток для крыла кажется более медленным на высокой скорости, и самолёт может лететь быстрее без потери эффективности.

Конечно, стреловидность тоже имеет минусы!

Такие крылья чуть менее эффективны на малых скоростях и требуют большей взлётно-посадочной скорости. Поэтому конструкторы добавляют различные устройства, улучшающие характеристику крыла в разных режимах, о них поговорим ниже.

Бывают и совсем другие формы крыльев. Например, треугольное дельтовидное крыло, как у сверхзвукового Concorde или истребителей. Оно позволяет выдерживать полёт на сверхзвуке, очень прочное, с малым удлинением, но на малых скоростях неэкономично.

Было и обратно-стреловидное крыло в некоторых экспериментальных самолётах и БПЛА, оно улучшает управляемость на низких скоростях, но сложное в конструкции.

Такое крыло очень эффективно аэродинамически, но трудоёмко в производстве, поэтому эллиптическая форма редкий гость на гражданских лайнерах.

От биплана к реактивному лайнеру

История развития авиации во многом история развития крыльев. Первые самолёты братьев Райт и их последователей были бипланами.

Конструкция давала достаточную прочность из доступных материалов: дерево и полотняная ткань. Два крыла давали нужную подъёмную силу при небольшом размахе.

Но у биплана много недостатков, высокое лобовое сопротивление от стоек и проводов, помехи потоков между крыльями и большой вес от двух конструкций.

Уже к 1930му научились создавать цельнометаллические однослойные крылья достаточной прочности, и монопланы вытеснили бипланы в большинстве классов самолётов. Моноплан с консольным крылом без внешних подпорок стал стандартом: знаменитый Ан-2 был одним из последних серийных бипланов, а современные лайнеры — все монопланы.

Переход от бипланов к монопланам стал возможен благодаря появлению лёгких и прочных материало и другой конструкции крыла, лонжеронной. Вместо набора древесных реек с расчалками, крыло стали строить как жесткую балку‑короб. Появился лонжерон, продольный силовой элемент внутри крыла, фактически балка, проходящая через всё крыло от корня до конца.

Ранние монопланы иногда имели подкосы, дополнительные опоры от фюзеляжа к крылу снизу, но вскоре и от них отказались, сделав крыло полностью самонесущим. Так родилось консольное крыло, крепится к фюзеляжу в корневой части, а далее держится само, без внешних подпорок. Это потребовало точных расчётов и новых материалов, зато резко снизило сопротивление и вес конструкции. Уже к 1940м годам практически все истребители, бомбардировщики и транспортные самолёты были монопланами. С тех пор принципиально схема мало что изменилась, крыло современного самолёта — это консольное крыло лонжеронной (или кессонной) конструкции. Разумеется, начинка и технологии ушли далеко вперёд, но схема та же.

Внутреннее устройство крыла

На первый взгляд крыло просто изящная изогнутая поверхность. Но внутри него скрыт сложный скелет, подобный корабельному килю. Основные составляющие крыла самолёта — это лонжероны, стрингеры, нервюры и обшивка. Кроме того, крыло оснащено подвижными частями — элеронами, закрылками, предкрылками, интерцепторами и другими элементами, о которых чуть позже.

Но заглянем внутрь несущей конструкции крыла.

Лонжерон — главная косточка крыла. Обычно их один или два. Передний лонжерон проходит примерно по 1/4 ширины крыла от передней кромки, иногда есть второй, ближе к задней части. Лонжерон выполнен из высокопрочного материала (сплав алюминия, сталь или композит) и имеет Н‑образное сечение (две полосы‑полки и стенка между ними). По сути, это своеобразная балка двутаврового сечения. Именно лонжерон принимает на себя изгибающий момент, когда самолёт в воздухе, вес фюзеляжа и нагрузка на крыло пытаются изогнуть крыло вниз, и лонжерон сопротивляется этой силе, держа крыло прямым. На крупных лайнерах лонжерон у корня крыла деталей 10-20 в высоту, все это перерастает в центроплан внутри фюзеляжа. Центроплан — это часть силового набора, которая объединяет крылья и фюзеляж: фактически, крылья крепятся к нему болтами или заклёпками и становятся продолжением единой конструкции самолёта.Нервюры — это поперечные элементы, образующие форму крыла. Они идут от передней кромки к задней внутри крыла, нанизанные на лонжероны с шагом в несколько десятков сантиметров.

Лонжерон — главная косточка крыла. Обычно их один или два. Передний лонжерон проходит примерно по 1/4 ширины крыла от передней кромки, иногда есть второй, ближе к задней части. Лонжерон выполнен из высокопрочного материала (сплав алюминия, сталь или композит) и имеет Н‑образное сечение (две полосы‑полки и стенка между ними). По сути, это своеобразная балка двутаврового сечения. Именно лонжерон принимает на себя изгибающий момент, когда самолёт в воздухе, вес фюзеляжа и нагрузка на крыло пытаются изогнуть крыло вниз, и лонжерон сопротивляется этой силе, держа крыло прямым. На крупных лайнерах лонжерон у корня крыла деталей 10–20 в высоту, все это перерастает в центроплан внутри фюзеляжа. Центроплан — это часть силового набора, которая объединяет крылья и фюзеляж: фактически, крылья крепятся к нему болтами или заклёпками и становятся продолжением единой конструкции самолёта.Нервюры — это поперечные элементы, образующие форму крыла. Они идут от передней кромки к задней внутри крыла, нанизанные на лонжероны с шагом в несколько десятков сантиметров.

Например, при крене или порывах ветра крыло не только гнётся, но и скручивается и кессонное строение этому противостоит. Обшивка крепится к лонжеронам и нервюрам тысячами заклёпок (в случае металла) или клеится/пропекается единым монолитом (в случае композитного крыла). В местах наибольших напряжений обшивку дополнительно усиливают продольными стрингерами и гофрами.

Стрингеры — это длинные узкие балки, тянущиеся вдоль крыла параллельно лонжерону. Их множество, они прикреплены к внутренней стороне обшивки.

Стрингеры служат для усиления обшивки от прогиба и участия в работе кессона — вместе со стенкой лонжерона они воспринимают часть изгибающего момента. Представьте линейку: если надавить, она согнётся. А если выштамповать на линейке рёбра гофр, то она станет гораздо жёстче. Стрингеры и есть те самые рёбра жёсткости. В сочетании с авиационной гофрой (рифлёной обшивкой в местах нагрузок) стрингеры делают крыло монолитным и более устойчивым к деформациям.

Современное крыло проектируется так, чтобы все эти элементы работали вместе как единый организм.

Инженеры выбирают схему, лонжеронную, кессонную или комбинацию.

Лонжеронная схема подразумевает 1–2 мощных лонжерона, которые несут основную нагрузку, а обшивка лишь формирует поверхность. Кессонная схема — когда значительную часть нагрузок несёт сама обшивка, объединённая с лонжеронами в замкнутый ящик.

В чистом виде лонжеронное крыло применялось раньше сейчас почти все пассажирские лайнеры фактически кессонные, прочность распределена между лонжеронами и обшивкой.

Также почти ушли в прошлое ферменные крылья (сварной каркас из труб как ферма), такая схема применялась на очень старых или очень маленьких самолетиках и сейчас практически не используется.

Постоянно изобретают новые структуры крылышек, комбинируют материалы, изменяют внутренний набор крыла, оптимизируют форму деталей с помощью топологической оптимизации. Впереди планеты всей крупные авиагиганты. Европейские и американские корпорации Boeing и Airbus являются топами в создании новых схем крыльев, а в военной авиации своими путями идут Россия и США. Но в целом, крылья всех современных лайнеров похожи по устройству, различия в нюансах. Например, у Boeing 777 лонжероны стальные, потому что двигатель очень тяжёлый и даёт большую нагрузку на корень крыла, а у Airbus A350 лонжероны композитные, чтобы сэкономить вес.

Подвижные элементы крыла

Механизация крыла — это совокупность движущихся частей на крыле самолёта, которые активно изменяют аэродинамику крыла в полёте. Без механизации голое крыло способно создать подъемную силу и лететь само по себе, но управлять самолётом адекватно, особенно при взлёте и посадке, было бы невозможно. Подвижные элементы крыла позволяют пилоту контролировать крен, эффективно маневрировать, а также безопасно взлетать и садиться на малых скоростях.

Элероны

Элероны — это отклоняемые панели на задней кромке крыла, обычно ближе к его законцовкам. Они всегда работают парой и являются основным средством управления креном (наклоном самолёта вокруг продольной оси). При отклонении штурвала влево или вправо элероны движутся дифференциально в противоположных направлениях: на том крыле, куда командует накрениться пилот, элерон поднимается вверх, а на противоположном крыле опускается вниз. Например, отклонение ручки управления влево поднимает левый элерон вверх (уменьшая подъёмную силу левого крыла) и одновременно опускает правый элерон вниз (увеличивая подъёмную силу правого крыла)

В результате левое крыло опускается, правое приподнимается, а самолёт накреняется влево и начинает поворот. Элероны отзываются на малейшие движения штурвала, позволяя пилоту постоянно поддерживать баланс и выполнять манёвры.

Дифференциальное отклонение элеронов вызывает побочный эффект, разницу в сопротивлении двух крыльев. Крыло с опущен��ым элероном получает больший лобовой сопротивления, чем противоположное, из‑за чего нос самолёта стремится слегка рыскать в направлении, обратном повороту. Эта проблема решается автоматикой, система управления может отклонять элероны на разные углы или задействовать другие поверхности, чтобы компенсировать нежелательное рыскание.

Плюсом на некоторых самолётах для улучшения управляемости на разных режимах используются дополнительные элероны. К примеру ставят два комплекта элеронов, внутренние и внешние. Внешние элероны (ближе к законцовкам) активно работают на малых скоростях (взлёт, посадка), а на больших скоростях они автоматически блокируются, чтобы избежать эффекта обратного реверса элеронов. На крейсерской скорости управление креном берут на себя только внутренние элероны и/или спойлеры, поскольку центр крыла более жёсткий и не склонен к скручиванию.

Закрылки и предкрылки

Закрылки — это большие выдвижные панели на задней кромке крыла, обычно ближе к фюзеляжу (у корня крыла). В убранном состоянии закрылки продолжают профиль крыла, а при выпуске отходят назад и вниз, зачастую образуя щели. Их главная задача в том, чтобы увеличивать кривизну и эффективную площадь крыла при взлёте и посадке, тем самым резко повышая подъёмную силу на малых скоростях.

Короче говоря, выпуская закрылки, самолёт расправляет крыло, делая его более широким и выгнутым, как большой лопух. Благодаря этому крыло создаёт достаточно подъёмной силы даже на низкой скорости, позволяя тяжёлому лайнеру оторваться от земли при разумной длине разбега и безопасно приземляться с меньшей скоростью. Обычно закрылки отклоняются вниз на угол до 30-40° на посадке, занимая почти всю длину задней кромки крыла. При взлёте их обычно выпускают на меньший угол, либо не выпускают вовсе на лёгких самолётах, чтобы не создавать избыточного сопротивления при разгоне. Помимо увеличения подъёмной силы, выпуск закрылков увеличивает и лобовое сопротивление крыла, что на посадке даже помогает торможению самолёта.

Кроме закрылков на задней кромке, на передней кромке крыла располагаются предкрылки (или слоты), такие вот выдвижные носки крыла. Предкрылки автоматически выпускаются на взлёте и посадке (а на некоторых самолетах могут выпускаться и по отдельной команде) и при этом образуют щель спереди крыла. Эта передняя щель направляет дополнительный поток воздуха на верхнюю поверхность крыла, отсрочивая срыв потока при больших углах атаки. Предкрылки позволяют крылу выдерживать больший угол наклона относительно набегающего потока без потери подъёмной силы, тем самым предотвращая сваливание на малых скоростях. В сочетании предкрылки + закрылки значительно увеличивают максимальный коэффициент подъёмной силы крыла, фактически дают крылу вторую жизнь на низких скоростях, позволяя лететь медленно, но уверенно, не сваливаясь. Без механизации в виде таких устройств самолёт был бы вынужден садиться на гораздо больших скоростях (иначе крыло перестало бы держа��ь) и разбегаться по огромной полосе.

Спойлеры (интерцепторы)

Спойлеры (они же интерцепторы) — это плоские щитки на верхней поверхности крыла, которые могут подниматься вверх навстречу потоку. Назначение у спойлеров многофункциональное, их можно задействовать симметрично (сразу на обоих крыльях) или дифференциально (по отдельности на крыльях).

Основные функции спойлеров:

• Воздушный тормоз в полёте. Когда спойлеры выпускаются симметрично в поток на обеих консолях, они портят обтекание крыла, резко уменьшают подъёмную силу и одновременно увеличивают лобовое сопротивление. Самолёт при этом начинает снижаться быстрее и сбрасывает скорость из-за возросшего сопротивления. Таким образом, спойлеры выполняют роль воздушных тормозов. Пилоты используют их, например, при заходе на посадку, чтобы быстрее потерять высоту без увеличения скорости, или в полёте для оперативного снижения скорости.

• Убийцы подъёмной силы на земле. При пробеге после посадки спойлеры автоматически раскрываются (обычно сразу по сигналу с датчиков касания шасси). Щитки глушат остаточную подъёмную силу на крыле, прижимая самолёт колесами к взлётной полосе.

• Помощь в управлении креном (спойлероны). Некоторые из спойлеров могут отклоняться дифференциально и помогать элеронам поворачивать самолёт. Если поднять спойлер только на одном крыле, это уменьшит подъемную силу этого крыла, наклоняя самолёт в ту же сторону, подобно элерону. Такая функция называется спойлерон (от слов spoiler + aileron).

Флапероны

Флапероны — гибридный орган управления, сочетающий функции элерона и закрылка. Конструктивно флаперон представляет собой элерон, который способен опускаться вниз синхронно с другим, выполняя роль закрылков, и при этом отклоняться дифференциально, как обычные элероны. При выпуске флаперонов вниз оба крыла получают дополнительную подъёмную силу (эффект закрылков), но поверх этого отклонения флапероны могут отклоняться в противоположные стороны для управления креном. Подобная схема применяется на некоторых типах самолётов. Флапероны распространены в спортивной и лёгкой авиации.

Гидроприводы и автоматизация (бустеры и Fly-by-Wire)

На крупных авиалайнерах все перечисленные отклонения механизации осуществляются не напрямую мышечной силой пилота, а при помощи гидравлических приводов. Пилот отдает команду, а дальше срабатывает мощный гидроцилиндр, отклоняющий нужную поверхность крыла. Уже с середины XX века самолёты снабжаются такими усилителями, потому что без них пилоту не хватило бы сил отклонять большие рули и закрылки на высоких скоростях. Например, усилия на элеронах легких самолётов передаются напрямую тросами, а у больших машин стоят гидроусилители, без них на штурвале могли бы возникать недопустимые нагрузки в десятки килограммa.

Современные лайнеры оснащены электронной системой дистанционного управления, которая сама координирует работу всех рулей и механизации крыла. Компьютер получает сигнал от пилота и сам решает, как именно этого добиться оптимально. Электроника дозирует отклонения каждой поверхности, порой задействуя неочевидные комбинации.

Например, на Airbus и Boeing последних поколений при небольших движениях штурвала крен может выполняться преимущественно за счёт мелких отклонений спойлеров, а элероны почти не двигаются, так реакция получается плавнее. Автоматика также может сама слегка отклонять поверхности для стабилизации, в полёте элементы крыла живут своей жизнью, например, предкрылок может незаметно высунуться на пару сантиметров для улучшения обтекания, либо один из спойлеров приподнимется на градус, компенсируя порыв ветра. Бортовой компьютер непрерывно следит за параметрами полёта и подправляет конфигурацию крыла, чтобы сохранить оптимальную подъёмную силу и устойчивость. Пилот же задаёт только общее направление, не вдаваясь в то, какая поверхность при этом отклонилась. Таким образом, крыло современного самолёта уже не монолит, а активная система, постоянно изменяющая свою геометрию в полёте для обеспечения наилучших лётных характеристик.

Зачем крылу загнутые законцовки?

Обратите внимание на кончики крыльев современных самолётов, почти у всех они загнуты вверх или имеют особые накладки. Эти ушки называются винглеты (или шарклеты у Airbus).

Винглет — это небольшая вертикальная плоскость на конце крыла, и нужна она для экономии топлива. Дело в том, что на концах крыла воздух с нижней поверхности (где давление выше) норовит перетечь наверх (где давление ниже), образуются крутящиеся концевые вихри. Эти вихри тянут крыло назад (увеличивают индуктивное сопротивление) и крадут подъёмную силу на концах. Винглет ставит преграду этому перетеканию, снижает интенсивность вихрей. Правильные законцовки крыла экономят 3-5% топлива, что для авиакомпаний очень существенно.

Почему же тогда не делать просто большее крыло? Длинный размах сам по себе эффективнее, у длинного крыла выше аэродинамическое качество. Но увеличивать размах мешают простецкие соображения, нормы аэропортов. Международная классификация делит самолёты по размаху: если он больше ~36 м, уже следующий класс, требующий иных стоянок и полос. А если размах более 65 м, то это вообще категория F со всеми ограничениям.

Таблица категорий ИКАО по размеру самолета:

Поэтому все стараются сделать крыло как можно шире в пределах класса, а сверх того применяют винглеты. Например, у узкофюзеляжного Boeing 737 размах ~35,8 м и на концах стоят заметные винглеты. А вот гигантский лайнер Boeing 777X пошёл другим путём, его крыло без ограничений имеет огромный размах ~72 м, что отнесло бы его к категории F. Но инженеры снабдили его складными законцовками, на земле кончики длиной ~3,5 метра поднимаются вверх, и размах уменьшается до 64,8м, самолёт вписывается в категорию E и может пользоваться обычными гейтами. В полёте законцовки раскладываются и работают как единое крыло. Это первый в мире коммерческий авиалайнер со складным крылом, раньше такое видели только на палубных истребителях в флоте.

В редких случаях вместо винглетов применяют другие решения. Например, у Boeing 787 законцовка выполнена как плавно загнутый вверх кончик крыла, без отдельной пластины, но эффект тот же. У Airbus A350 небольшие загибы‑шарклеты. А у некоторых старых лайнеров стояли вертикальные планшеты. В общем, вариантов много, цель одна: повысить удлинение крыла эффективным способом и уменьшить потери на концах.

Крыло как бак

Когда вы смотрите в иллюминатор на крыло, то вы еще и глядите на гигантский бензобак.

Топливо в современных самолётах размещается главным образом в крыльях. Внутри крыла между лонжеронами и нервюрами как раз образуются полости, кессоны, секции, которые инженеры используют как топливные баки. Например, почти весь размах крыла Boeing 747 занят топливными отсеками, в сумме лайнер несёт около 240 тонн керосина, и львиная доля этого объёма приходится на крылья! Даже в небольшом самолетике вроде Boeing 737 каждое крыло вмещает десятки тысяч литров авиатоплива.

Зачем топливо прячут именно в крыльях? Во-первых, это экономия пространства, где ещё найти объём под сотни кубометров жидкости, как не в гигантских полых крыльях. Но есть и расчёт в том, что топливо в крыле снижает нагрузку на крыло. Казалось бы, тяжесть топлива должна наоборот нагружать конструкцию. Но представьте, если бы весь вес топлива был в фюзеляже, крыло вынуждено было бы держать и вес самолёта, и вес топлива, изгибаясь вверх под этой массой. Когда же топливо размещено вдоль крыла, его вес непосредственно нагружает крыло по месту. Крыло как консоль изгибается в воздухе под весом фюзеляжа, но топливо действует на крыло встречной силой вниз по всей длине, частично компенсируя изгиб. В результате уменьшается изгибающий момент в корне крыла, а это главный враг конструкции. Проще говоря, заправленное крыло прочнее и испытывает меньшие напряжения, чем пустое.

Кроме того, топливо в крыле играет роль балласта, удерживая правильный центровой баланс самолёта, и демпфера, поглощает вибрации. Не даром в турбулентности крылья, наполненные топливом, колеблются плавно и мягко. Ну а с точки зрения безопасности, керосин в крыльях чуть дальше от пассажиров, чем если бы был в фюзеляже.

Разумеется, крыло тщательно спроектировано под хранение топлива, кессоны герметичны, снабжены насосами, датчиками уровня, дренажными клапанами. Даже учитывают, как перемещается жидкость при манёврах.

Материалы крыла

Материал для крыла дело не менее важное, чем сама форма. Первые крылья делали из дерева и ткани, каркас из сосновых реек, обтянутый полотном, пропитанным лаком. Такая конструкция лёгкая, но недолговечная и слабая.

В 1920–30-х годах пришла эра дюралюминия, алюминиевого сплава, достаточно прочного и устойчивого. Алюминий стал основой авиации на десятилетия. Крыло из дюраля представляет из себя каркас из профильных алюминиевых балок, обшитый листами. Алюминий хорош тем, что сочетает прочность со сравнительно малым весом и хорошо поддаётся обработке. Почти все пассажирские самолёты до 2000-х имели крылья из сплава типа Д16 или В95, так называемый авиационный алюминий.

Но прогресс не стоит на месте. Сегодня на смену металлу приходят композитные материалы, углепластики. Они ещё легче и при этом прочнее на растяжение. Крылья новейших лайнеров уже частично или полностью композитные. Например, у Airbus A350 обшивка крыла и значительная часть элементов, из углепластика. У Boeing 787 Dreamliner крыло целиком композитное: лонжероны, нервюры, обшивка сделаны из углеволокна, пропитанного эпоксидной смолой, и запечены в гигантском автоклаве.

Есть у композитов и интересный побочный эффект, большая гибкость крыла. Углепластик более упругий, чем алюминий, поэтому композитные крылья могут сильнее изгибаться без повреждений. Например, крыло Boeing 787 специально сделано очень тонким и гибким, в полёте его кончики могут изгибаться вверх на 3–4 метра. Это не недостаток, а задумка, гибкое крыло лучше гасит порывы ветра и турбулентность, сглаживая тряску для пассажиров.

Конечно, не всё сразу стало композитом. До сих пор множество элементов из титана, стали и алюминия. Например, узлы крепления крыла к фюзеляжу делают из титановых поковок, они должны выдерживать колоссальные нагрузки. Механизация зачастую тоже металлическая, ведь там нужно тонкое крепление и шарниры. Тем не менее, тренд очевиден, каждое новое поколение самолётов, всё более углепластиковое.

Проверка на прочность

Невольно задаёшься вопросом: а не отломится ли наше крылышко?

Прочность крыла заложена с огромным запасом. Каждый самолёт проходит серию безжалостных испытаний, прежде чем допущен в небо. Одно из главных — статическое изгибное испытание крыла. Самолёт (или прочная копия крыла) крепится на стенд и крыло гнут вверх до разрушения или до определённого предела. Для пассажирского лайнера по нормам требуется выдержать минимум 150% максимальной расчетной нагрузки.

То есть крыло должно вынести полуторный перегруз, какой в реальном полёте никогда не бывает, и при этом не разрушиться.

В ходе таких испытаний крыло обычно не отрывается с мясом, появляются трещины или локальные разрушения, после чего тест останавливают. Инженеры анализируют, где проявлиась слабина, и при необходимости дорабатывают конструкцию. Но как правило, современные крылья демонстрируют феноменальную живучесть. Boeing 777 на испытаниях гнули-гнули крыло, да так и не смогли сломать, оно выдержало около 154% нагрузки и потом просто не хватило мощности стенда. Крыло Airbus A350 тоже выдержало сверх-нормативный изгиб, хотя у него отлетела законцовка при ~160% нагрузки, что не страшно, так как требуется лишь 150%.

Будущее

Что дальше? Казалось бы, форма крыла отточена, материалы лучшие, зачем че то менять. Однако в аэродинамике нет предела совершенству. Исследования идут в нескольких направлениях:

• Повышение удлинения крыла. Длинное узкое крыло — мечта аэродинамика, оно даёт минимум сопротивления. Мы уже видим тенденцию, что у новых лайнеров всё больший размах. Например, Boeing 787-10 имеет крыло размахом 60 м, больше, чем у Jumbo Jet 747 прошлого поколения. Про 777X с его 72-метровым крылом и складывающимися законцовками мы уже упоминали. Airbus в проектах тоже закладывает всё большее удлинение. Но ограничение в прочности и материалах. Слишком длинное крыло испытывает огромные изгибающие моменты. Поэтому нужны новые материалы (снова композиты, возможно термопластичные, ещё прочнее). Либо новые конструкции.

• Адаптивное крыло. Уже были проекты: от истребителя F-14 Tomcat со сменой стреловидности на ходу до экспериментального крыла Mission Adaptive Wing, которое могло изгибаться плавно без шарниров. Сегодня Airbus в программе Wing of Tomorrow изучает применение эластичных законцовок, вдохновлённых перьями птиц.

• Новая аэродинамика и управление потоком. Думают и над крылом без пилонов и мотогондол, когда двигатели убирают в хвост, а воздух к ним подводится сверху крыла. Или крыло со специальными электроактивными приспособлениями.

Но даже сейчас само по себе крыло это полная магия вне хогвартса. Мы разобрали лишь базовую часть крыла, но уже видим, насколько это ультимативное решение с таким большим количеством нюансов.

Нам с вами остаётся наслаждаться полётом, и, сидя у окошка, доверять крылу, ведь оно сконструировано и испытано так, чтобы дарить нам чудо полёта максимально безопасно.

Хорошего полёта и мягкой посадки!

Больше про авиацию простым языком в моем TG-канале.