Могли бы крылья авиалайнеров быть тоньше, если бы в них не хранилось топливо?

Нет.

Толщина крыла в первую очередь диктуется конструктивными требованиями. Он должен обеспечивать аэродинамический обтекатель лонжерона крыла. Если сделать его тоньше, это приведет к увеличению массы конструкции внутри.

Для упрощения представьте лонжерон крыла в виде двутавровой балки. Он имеет два фланца, которые воспринимают растягивающие и сжимающие нагрузки, и перегородку между фланцами для передачи сдвигающих нагрузок. Изгибающий момент, воспринимаемый лонжероном, является произведением усилий на фланцах и расстояния между ними. Если вы уменьшите расстояние, силы должны увеличиться, чтобы сохранить постоянный изгибающий момент. Большие силы приведут к большим фланцам, чтобы удерживать напряжения в материале ниже предела текучести .

Ограничением по толщине является желание летать на определенном числе Маха . Движущееся крыло должно отталкивать воздух перед собой в сторону, а более толстые крылья должны отталкивать сильнее. Это приводит к более высокому ускорению обтекания крыла, а более толстые крылья имеют более низкое критическое число Маха (число Маха полета, когда локальный поток достигает 1 Маха). Этот штраф за аэродинамическое сопротивление особенно серьезен при сверхзвуковом полете.

Более толстые крылья также помогают создать более высокие максимальные коэффициенты подъемной силы, до определенного предела. График ниже (взято с этого веб-сайта) показывает, что толщина аэродинамического профиля 12% дает наилучшие результаты, что помогает сохранить малую площадь крыла. Более толстое крыло также упрощает интеграцию сложных устройств механизации, что опять же помогает уменьшить площадь крыла.

Результирующая толщина крыла — это всегда компромисс, а объем топлива — только результат этого компромисса. Если крылу нужно хранить больше топлива, конструкторы выберут меньшее удлинение , но оставят относительную толщину неизменной. Если топлива потребуется меньше, баки станут меньше, и опять же толщина не изменится.

Крылья самолета спроектированы исключительно из аэродинамических и конструктивных соображений. Сверхзвуковые истребители часто имеют гораздо более тонкие крылья (и хранят топливо в фюзеляже), потому что это требования сверхзвукового полета. Для дозвукового (и околозвукового, каким является большинство современных авиалайнеров и бизнес-джетов — над некоторыми частями крыла воздушный поток на самом деле сверхзвуковой) полета толстые крылья хороши, они конструктивно намного лучше и обеспечивают пространство для топливных баков и колес.

Возможно, но отсутствие топлива в крыле, скорее всего, будет следствием утончения крыльев, а не движущей причиной.

В прошлом господствовала теория тонкого аэродинамического профиля, и конструкторы использовали внешние фермы для поддержки двух несущих поверхностей в бипланной конфигурации. Обратите внимание на De Havilland Dragon , в котором в качестве примера использовалась секция аэродинамического профиля RAF 15 (макс. t/c 6,5%). Сравните это с Boeing 247 , который был представлен на месяц позже (май по сравнению с апрелем 1933 г.) и также перевозил десять пассажиров, но использовал одно свободнонесущее крыло без внешних опор. Его секция крыла, Боинг 106 (макс. T/c 13,5%), была достаточно толстой, чтобы содержать внутреннюю опорную конструкцию.

Основным преимуществом того, что все элементы конструкции находятся в крыле, является уменьшение сопротивления. Вы также получаете некоторые другие преимущества, такие как задержка сваливания из-за закругленной передней кромки и место для хранения топлива из-за большего закрытого объема. Маловероятно, что какой-либо серьезный авиалайнер вернется к бипланной конфигурации.

Сегодня, благодаря обилию материалов и конструкторских инструментов, которыми располагают инженеры, толщина крыла составляет около 10%, если взглянуть на несколько предложений Airbus/Boeing. Обычно современный дизайн меняет профиль аэродинамического профиля от основания до кончика, поэтому в некоторых местах он будет выше, а в других - ниже. Вполне возможно, что если бы эти методы были применены к конструкциям бипланов, мы могли бы придумать действительно тонкие крылья, но самолет имел бы высокое лобовое сопротивление и, вероятно, не стал бы продаваться.

Тем не менее, некоторые концепции располагают крылья таким образом, чтобы вам это сошло с рук. В частности, Lockheed Martin предложила концепцию коробчатого крыла (для которой я не смог найти название), а Boeing изучил конструкцию с подкосными крыльями под названием Subsonic Ultra Green Aircraft Research (SUGAR). Если одна из этих конструкций в конечном итоге уменьшит жесткость, необходимую для лонжерона крыла, конструкторы, вероятно, уменьшат толщину лонжерона (и, следовательно, крыла) для снижения веса. В зависимости от того, какую толщину они срежут, возможно, больше не будет смысла хранить топливо в крыле.