Какова экономия веса фюзеляжа без окон для грузовых самолетов?

Давайте возьмем Боинг 737 в качестве общего примера и набросаем несколько цифр.
Я сделаю вики сообщества, чтобы кто-то мог прийти и указать более точные цифры.

Алюминий имеет плотность 2,7 г/см ³
(Для наших целей предположим, что сплав кожи «достаточно близок к чистому алюминию», потому что мне лень искать правильную плотность сплава).

Оргстекло (просто выбрав случайный сорт) имеет плотность 1,18 г/см ³ .

Алюминиевая обшивка 737-го имеет толщину около 0,038 дюйма (или 0,1 см).
Мы знаем, что окно Боинга 737 толще обшивки. Я не смог найти число, но давайте возьмем 0,25 дюйма (0,6 см).

Если у нас есть гипотетическое квадратное окно размером в один фут (около 930 см ² ), алюминиевая обшивка, занимающая эту площадь, будет весить около 251 грамма. Эквивалент из плексигласа будет весить около 658 граммов (на 407 граммов тяжелее, чуть более чем в 2,5 раза тяжелее).

Подсчитайте, что на Боинге 737 около 70 боковых окон (быстрый подсчет по фотографии самолета Southwest, не считая окон выходных дверей), так что это 28 490 граммов или около 64 фунтов, только для плексигласа.

В дополнение к плексигласу есть также поддерживающая конструкция, которую необходимо добавить вокруг окна, чтобы удерживать его на месте, герметики, чтобы герметизировать его относительно кожи и т. д. — они добавляют дополнительный вес. Я понятия не имею, сколько весят эти компоненты, но давайте предположим, что они весят в два раза больше, чем оргстекло, то есть около 1,5 фунтов на окно дополнительной конструкции, или 105 фунтов, в результате чего общая экономия веса составляет чуть менее 170 фунтов.

---

170 фунтов — это не так уж много (в пересчете на пассажира это даже не один человек), но это гораздо больше груза, который вы можете перевезти. Кроме того, в сочетании с тем фактом, что вам больше не нужно обслуживать окна (устранять утечки давления в уплотнителях, заменять треснувшее оргстекло и т. д.), экономия может накапливаться в течение всего срока службы планера.

---

Еще немного плевать здесь ... пожалуйста, не стесняйтесь исправлять мои цифры:

Что касается экономии средств: Боинг 737 может нести около 27 000 фунтов полезной нагрузки и сжигает около 5 500 фунтов топлива в час во время полета и около 3 000 фунтов при 15-минутном наборе высоты. Предполагая, что средний полет длится 4 часа, вы получаете около 25 000 фунтов топлива, или почти 1 фунт на фунт веса. Это означает, что стоимость топлива для 170 фунтов веса составляет около 170 фунтов топлива, которое сегодня стоит (около 4 долларов за галлон и 6,5 фунтов за галлон) около 100 долларов. Обратите внимание, что стоимость топлива сильно различается в зависимости от местоположения. , так что это очень приблизительно.

Теперь умножьте это на типичный срок службы самолета - три рейса в день, 7 дней в неделю, в течение 30 лет? Это составит более 3 миллионов долларов экономии. А все потому, что ваши посылки не могут выглянуть в окно.

Дополнительную массу из-за окон лучше всего оценивать статистическими методами. Сравнивая конструктивную массу фюзеляжей с окнами и без окон в остальном идентичных самолетов и формулируя числовое уравнение, которое подходит для всех случаев с наименьшей ошибкой, вы получаете формулы вида

$$n_{Windows}\cdot 4.641\cdot S_{Window}^{0.976}\cdot(1.0 + \Delta p)^{4.945}$$ куда $n_{Windows}$количество окон, $S_{Window}$их площадь в м² и $\Delta p$- перепад давления наддува фюзеляжа в барах. Полученная масса выражается в килограммах (кг). Эта формула взята из LTH (Luftfahrttechnisches Handbuch) и основана на 16 самолетах. Стандартное отклонение составляет 20,3%.

Фактические значения на окно составляют от 3,5 кг в случае DC-10-10 до более 7 кг в случае Boeing 747-200. К сожалению, у меня нет данных для окон размера XL в Боинге 787. Если предположить, что в самолете класса Боинг 737 всего 80 окон, то общая масса окон составляет около 300 кг.

Ян Роскам приводит другую формулу (называемую GD-методом, родом из General Dynamics). Здесь масса окна

$$109\cdot(n_{pax}\cdot\frac{1+\Delta p}{100})^{0.505}$$ Теперь перепад давления в фунтах на квадратный дюйм, результат в фунтах и ​​для самолета с $n_{pax}$= 150 пассажиров значение составляет 437 фунтов или 198 кг.

Масса окна учитывает не только прозрачный материал, но и локальное усиление обшивки фюзеляжа. Либо вокруг оконного отверстия наклепываются дублеры, либо вся кожа подвергается химическому травлению для уменьшения ее толщины, а область вокруг окна маскируется, чтобы сохранить первоначальную толщину. Как правило, вы должны добавить по окружности то, что уберете, прорезав отверстие. Таким образом, хорошо спроектированный фюзеляж должен иметь чистое увеличение массы, примерно равное массе самих иллюминаторов.

Формула Roskam устарела, а размер и масса окна увеличились за последние десятилетия. Поэтому чем новее самолет, тем тяжелее его окна.