Как инженерам удалось со временем увеличить удлинение крыла коммерческого авиалайнера?

Что касается того, что делает возможным более высокое соотношение сторон, здесь нет никакой магии:

1. Аэрокосмические материалы со временем улучшались по качеству и прочности.

Карбон вызывает много шума, частично заслуженного, а частично нет. Это просто один из материалов.

Предел текучести алюминиевых сплавов варьируется от 55 МПа для мягких ноутбуков и телефонов до 650 МПа для конструкционных аэрокосмических деталей. Оба эти сплава широко используются в настоящее время. Сталь имеет еще более широкий диапазон.

Композиты имеют еще более широкий диапазон прочности, от <100 до 3500 МПа, в зависимости от волокна, направления, переплетения, смолы, наполнителя, соотношения волокон и метода отверждения.

Это никогда не просто «алюминий», «титан» или «композит». Каждая из них представляет собой очень широкую категорию. В целом материалы, в том числе сплавы, неуклонно совершенствуются; композиты наиболее заметны на последнем этапе. Задолго до карбона ламинаты из волокнистого металла уменьшали вес кожи.

2. Лучшая точность проектирования.

Современные самолеты разрабатываются с помощью CAD и FEA - анализа методом конечных элементов. Это позволяет моделировать конструкцию крыла целиком, вплоть до мелких деталей, и изучать напряжения в каждой конкретной детали. Затем детали, подвергающиеся наименьшему напряжению, можно облегчить, а детали, которые являются вероятными точками отказа, можно укрепить.

Методы производства также улучшились, что позволило наносить более тонкие слои, клеевое соединение, более точное фрезерование и обрезку. В целом, старые самолеты должны были нести много металла, который не подвергался таким сильным нагрузкам, как мог бы, потому что он был недостаточно точно рассчитан или его удаление было экономически невыгодным.

Сегодня во время разрушающих испытаний планеры обычно находятся в пределах нескольких процентов от расчетной проектной нагрузки.

3. Крупные аэропорты.

Размах крыльев зависит не только от структурных соображений. Большие размахи крыльев были возможны уже давно. Проблема в том, что чем он шире, тем меньше аэропортов могут вместить самолет в свои ворота и тем выше их сборы за посадку. FAA делит самолеты на конструктивные группы по размаху крыла, и конструкция аэропорта должна соответствовать растущим требованиям для каждой группы.

Boeing 747, а затем Airbus A380 побудили аэропорты адаптироваться к более крупным самолетам. Затем, даже когда они выводятся из эксплуатации, взлетно-посадочные полосы, рулежные дорожки и выходы на посадку остаются такими же, как и для этих категорий «джамбо» / «суперджамбо».

Это открывает пространство для немного меньших самолетов, таких как A350 или B777X, чтобы использовать эти более широкие возможности. Так как эти самолеты легче, чем 747 или A380, им не нужна такая большая хорда, чтобы получить необходимую подъемную силу.

• Это только технический аспект. Имейте в виду, что более высокое удлинение всегда было возможно, например, в планерах, но всегда увеличивало вес крыла. Есть много причин, по которым было желательно более высокое удлинение: рост цен на топливо, новые двигатели, ожидаемое большее удлинение планера.

Ответ: Имея в своем распоряжении более эффективные двигатели.

Инженерам пришлось выбирать более низкое соотношение сторон, чем то, что им нравилось в прошлом. Если вы сравните уменьшение соотношения сторон, которое совпало с переходом на реактивные самолеты, вы увидите, что большее соотношение сторон было возможно всегда. Только первые реактивные самолеты, требовавшие большого количества топлива, требовали большего объема крыла , что было достигнуто за счет увеличения хорды крыла больше идеальной. Это помогло сделать системы закрылков менее сложными , но в целом соотношение сторон было снижено ниже того, что было бы возможно с более эффективными поршневыми двигателями.

Соотношение сторон за год внедрения для разных типов. Синие точки = поршневые двигатели, красные точки = реактивные двигатели. Более поздние модели могут использовать более эффективные двигатели и вернуться к более высокому удлинению поршневой эпохи.

Принцип работы крыла с большим удлинением довольно прост: использовать более толстые аэродинамические профили в основании и ограничивать допустимую перегрузку и скорость полета в порывистую погоду.