Почему окна SpaceShipTwo от Virgin Galactic такие большие?

От Virgin Galactic на SpaceShipTwo:

Окна в пассажирском салоне будут иметь ширину 13 дюймов (33 сантиметра) и высоту 17 дюймов (43 сантиметра).

ИМО, это огромно для самолета, особенно для космического самолета! Но разве такие большие окна не вызовут проблем? У «Конкорда» были особенно маленькие окна (пассажиры говорят, что он почти размером с паспортную книжку), чтобы сохранить целостность планера и давление в кабине, если окно треснет на высоте 60 000 футов над уровнем моря.

Но разве такое большое окно, треснувшее на высоте 110 км над уровнем моря на SpaceShipTwo, не приведет к тому, что давление в кабине сравняется с атмосферным за секунды? Какая избыточность есть у SS2, чтобы предотвратить катастрофу в таком случае?

лобовое стекло космического корабля тоже довольно большое
Но у космонавтов есть возможность носить скафандры! (но скафандры бесполезны, если их не надеть во время внезапной декомпрессии). Для Virgin Galactic SS2 потребуются только рубашки с рукавами.
Concorde не очень хороший пример - эта технология была давным-давно.
ИМО идея Concorde была очень простой и надежной. Площадь выпускных клапанов соответствует площади двух окон, поэтому, если вылетят два окна, вы можете просто закрыть выпускные клапаны и сохранить (большую часть) давления в кабине на высоте.
Моя догадка? Они очень, очень толстые (и, возможно, имеют два окна на случай, если одно треснет). И они хотят, чтобы они были большими, потому что это обзорный полет!

Ответы (3)

Вот несколько идей:

  • Прежде всего, мы не занимаемся здесь металлами. Преимущество композитов в том, что их можно сделать прочнее, добавив несколько слоев вокруг областей с высоким напряжением, таких как окна. Это было сложно с металлами, так как для этого требовались какие-то застежки или клеи. Это усиление видно на фото ниже.

  • Окна спроектированы так, чтобы поддерживать равномерное давление по всему периметру в контексте формы фюзеляжа в этой точке. Вы заметите конструкцию фланца, которая сохраняет форму фюзеляжа и не дает ему раскрыться. Это немного похоже на более толстую часть горлышка бутылки. Это очень трудно (если возможно) сделать в металлическом фюзеляже до такой степени.

КосмосКорабльДва
(источник: msn.com )

  • Использование совершенно другое. Конкорд был коммерческим самолетом, рассчитанным на многолетнюю эксплуатацию. Это самолет с очень низким циклом, который увидит часть этого полета. Количество циклов герметизации намного меньше , что снижает нагрузку на окна.

  • Что касается безопасности, то стиль полета совсем другой. Вероятно, пилотируемый летчиками-испытателями, самолет может даже никогда не попасть под дождь и будет летать в очень предсказуемых условиях с очень небольшим количеством полетных циклов .

  • Периоды повышенных температур постепенно разрушают многие материалы, что гораздо меньше беспокоит короткие полеты . Если я правильно понимаю, это основная проблема с устойчивым высокоскоростным полетом, как это видно на Concorde, SR-71 и других самолетах.

профиль
(источник: www.guardian.co.uk )

  • Композиты имеют гораздо более низкое тепловое расширение (углепластик по сравнению с алюминием на порядок ниже), что снижает проблемы с расширением фюзеляжа.

  • Concorde был коммерческим самолетом с учетом веса и стоимости эксплуатации. Этот самолет построен для этой цели, и с самого начала главной его особенностью были окна . Вы, вероятно, могли бы сделать окна намного больше на Конкорде, но с неприемлемой ценой веса, производства и эксплуатационных расходов.

  • Излишне говорить, что знания о материалах и конструкциях значительно расширились, все эти наши особенности можно детально смоделировать на компьютерах, не требуя традиционного консервативного подхода.

  • Что касается избыточности, у предшественника SpaceShipOne повсюду были окна с двойным остеклением и двойные уплотнения. Пассажирам без костюмов, если окно полностью вылетит, вам, скорее всего, не повезло.

@JanHudec может быть сбой печати или что-то подобное. Не катастрофично. Не понимаю, почему они рискнули обойтись без него. Я согласен, что это довольно опасно для высокогорных сегментов. Однако пассажиры не будут носить скафандры.
«Я предполагаю, что у пилота есть маска на протяжении всего полета».: Герметичных масок недостаточно на высоте около 14 км / 46000 футов (и это большая часть полета). Выше этой высоты общее давление меньше, чем нормальное парциальное давление кислорода в крови человека (14 кПа), поэтому вдыхания чистого кислорода на высоте выше 14 км недостаточно для насыщения крови кислородом. Выше примерно 19 км точка кипения воды падает ниже 37°C, вызывая дополнительные серьезные проблемы с кипением различных жидкостей организма (кровь не закипит, потому что ее давление выше на 8-10 кПа).
@JanHudec: Маски могут работать на высоте более 46000 футов над уровнем моря. Опять же, у Concorde были маски CPAP для подачи воздуха пилотам. Неудобно наверное пользоваться!
@Manfred: это хороший ответ и +1. Мне интересно узнать, почему вы сказали, что «самолет может даже никогда не попасть под дождь и будет летать в очень предсказуемых условиях с очень небольшим количеством полетных циклов». Является ли дождь очень вредным для производительности и структурной целостности сверхзвукового самолета? Кроме того, работал бы Concorde так же хорошо, как если бы он был сделан из углепластика (т. е. с точки зрения экономии топлива, количества циклов наддува в течение всего срока службы и устойчивой производительности со скоростью 2 Маха)?
@shortstheory определяет запас прочности, насколько хорошо вы можете контролировать использование. Concorde должен был предусмотреть запас прочности на случай дождя, гололеда и т. д., чего, безусловно, можно было ожидать. При нормальном использовании это вопрос времени, прежде чем огромные окна будут поцарапаны или повреждены, и их придется менять.
@shortstheory Вода, конечно, подходит для самолетов из углепластика, если она не попадает в композит, где может разрушить смолу, но это не большая проблема, чем коррозия металла. Это построено сегодня, прежде всего, более совершенные двигатели позволили бы сэкономить много топлива. Конкорду было 27 лет, когда он вышел на пенсию. Сверхзвуковые композиты используются, например, на F35, поэтому я не понимаю, почему у нового Concorde могут быть проблемы. Металлы также были проблемой из-за теплового расширения. Срок службы, я думаю, также не должен быть проблемой. Я конечно не спец в композитах, но не вижу причин, почему бы это не сработало.
Я рад это слышать! Я надеюсь, что мы сможем получить следующий Конкорд еще при жизни! Еще раз спасибо за ответ!
@JanHudec: Парциальное давление кислорода может безопасно опускаться по крайней мере немного ниже 14 кПа, поскольку даже неакклиматизированные люди могут подняться до 8 килофутов (где парциальное давление кислорода значительно ниже, чем на уровне моря) без каких-либо проблемы (поэтому металлические самолеты герметизируются до высоты кабины 8 км, а не MSL).

Я думаю, в конечном счете, это деловой вопрос. Virgin Galactic продает туры по более высокой цене, тогда как Concorde был продан для перемещения людей из точки А в точку Б.

С Concorde, поскольку целью корабля было очень быстро доставить людей из точки А в точку Б, они вложили деньги в большие двигатели и эффективную аэродинамику. Вид в этом уравнении не имеет значения, но вам нужна структурная целостность. Поэтому они выбрали самый дешевый способ добиться структурной целостности — маленькие окна.

Virgin Galactic, с другой стороны, продает впечатления. И, честно говоря, если вы отправляетесь в космос, двумя самыми большими преимуществами будут невесомость и, честно говоря, вид. Таким образом, несмотря на то, что армирование корабля будет стоить дороже, они устанавливают очень большие окна.

В качестве примечания, производители авиалайнеров также могут установить большие старые огромные окна, если захотят, но хотите ли вы платить еще 50 долларов за полет только для того, чтобы иметь окно побольше? Для большинства людей ответ - нет... отсюда и маленькие окна.

По сути, это просто вопрос выяснения того, что вы пытаетесь продать, а затем вложения денег в эту точку продажи. Это то, что дает вам хорошую отдачу от ваших инвестиций :).

PS- лол, и после всего того, что я написал, я, кажется, ответил на «почему», а не на «как». Что ж, пусть интернет судит меня по своему усмотрению, я пока оставлю этот ответ :).

Как бы то ни было, окна Боинга 787 даже больше, чем упомянутые здесь (высота 19 дюймов): gizmodo.com/5829395/…
Да, технические изменения - это не совсем то, о чем я тоже пытался рассказать, поэтому мое последнее небольшое замечание... Но да, поскольку технология улучшилась, вы можете делать окна большего размера по той же цене, что и меньшие окна прошлых лет.

У Concorde было сильное тепловое расширение из-за трения воздуха о кожу, что могло повлиять на размер окна. SpaceShipTwo движется на гораздо более низких скоростях и не имеет этой проблемы.

В конечном счете, вопрос заключается в том, рассчитано ли окно на перепад давления в кабине и в космосе. Пока он достаточно толстый и сделан из достаточно прочных материалов, они должны работать безопасно.

Хороший вопрос, космический корабль 2 - это композитный самолет, поэтому у него не будет проблем с тепловым расширением, как у металлического самолета.
Судя по этой диаграмме , похоже, что Concorde на самом деле двигался медленнее, чем SpaceShipTwo.
Что!? SS2 путешествует со скоростью 4 Маха через атмосферу, а Concorde достигает только 2,04 Маха. СС2 намного быстрее Конкорда.