Как авиаперелеты могут быть такими безопасными, если толщина обшивки самолета всего 1-2 мм?

Обшивка самолета не очень толстая, но путешествие по воздуху — самый безопасный вид путешествия. Все авиационные профессионалы знают, почему, но большинство пассажиров авиалайнеров не являются профессионалами. Как объяснить обывателям, что 1 мм достаточно, чтобы:

  • Поддерживайте давление воздуха.

  • Чтобы крылья не сломались.

  • Перевозите пассажиров в большей безопасности, чем когда они путешествуют в своей машине.

Я приводил такие примеры, как «вы можете стоять на полной пивной банке, но не на пустой». Какие же секреты самолетостроения делают такую, казалось бы, хлипкую конструкцию такой надежной?

Обновлять

Как объяснить широкой публике напряженную конструкцию кожи? Многие неспециалисты встревожены, когда думают о том, чтобы раздавить пивную банку.

Это наводящий вопрос. Что заставляет вас думать, что это невозможно? Что такого в толщине 2 мм, что заставляет вас думать иначе? это возможно, потому что 2 мм - это все, что нужно.
@ Саймон Я помню, как рассказывал своей сестре о коже толщиной 1-2 мм, о том, что она стала зеленой, а затем мне пришлось долго говорить, прежде чем она снова не успокоилась. Как бы вы объяснили человеку, не знакомому с авиастроением?
Обшивка большинства самолетов не такая толстая. Например, лунный модуль, который доставил астронавтов на Луну, имел толщину всего 0,38 мм (0,015 дюйма).
Я искренне не понимаю. Если вы не можете сказать «2 мм кажется недостаточным, потому что xyz», не указав, что такое xyz, как может быть ответ, кроме «всего 2 мм, потому что это все, что нужно». Панели кузова большинства автомобилей тоньше. Почему безопасно садиться в машину?
В: Если черные ящики могут пережить что угодно, почему бы не сделать весь самолет из того же материала? О: Дороги недостаточно широки, чтобы по ним могли летать самолеты. Другими словами, самолет должен быть достаточно легким, чтобы летать. Любая форма инженерии имеет компромиссы, и вес против прочности является одним из таких решений. Но, как вы сами сказали, в коммерческой авиации решения явно были очень удачными с точки зрения безопасности. (Не говоря уже об экономии топлива, затратах на строительство и т.д.)
@Simon Путешествие на машине менее безопасно, чем на самолете, не так ли? Тем не менее, вы очень редко слышите о людях со страхом вождения.
@Koyovis Да, когда я пассажир, а моя жена за рулем! :)
В вашем профиле указано, что вы аэрокосмический инженер, разве это не обсуждалось на ваших курсах по строительной инженерии?
Да, и именно в этом суть. похоже, что вы на самом деле спрашиваете, «почему люди боятся летать». Это иррациональный страх, поскольку, если применить логику и обоснование, то единственный возможный вывод состоит в том, что самая безопасная часть любого путешествия, связанного с полетом, начинается, когда вы садитесь в самолет, и заканчивается, когда вы выходите из него. Я не могу понять, почему нерациональный человек беспокоится о толщине кожи, если он не объяснит почему.
Еще один забавный факт: до того, как они использовали алюминий, самолет был деревянным и тканевым. :-)
Встаньте на пустую банку из-под пива/газировки и покажите, какой вес она может выдержать. Затем, стоя на нем, быстро тыкайте пальцами в обе стороны и смотрите, как быстро он разрушится. Теперь соберите новую пустую банку с внутренней опорной конструкцией (как у самолета) и покажите, что она не рухнет, несмотря на вмятину на обшивке. Вот почему самолеты такие прочные/безопасные, несмотря на то, что их обшивка такая тонкая.
Re «Как объяснить широкой публике напряженную конструкцию кожи?» Ответ, конечно же, состоит в том, что это не так, поскольку широкая публика понимает физику сотового телефона или светодиода. Для этого есть инженеры :-)
@jamesqf Да, вы правы, пока тетя не знает, что между ней и тропосферой во время ее полета на Ибицу всего 1 мм, с ней все будет в порядке.
@Koyovis: И с ней все будет в порядке, если она тоже узнает.
@Koyovis: Но большая часть причин, по которым автомобильные путешествия менее безопасны, чем авиаперелеты, связана со всеми остальными идиотами на дорогах. Если бы у самолетов был такой же процент столкновений в воздухе, как у автомобилей, когда происходит несколько аварий, это была бы совсем другая история.
@jamesqf Действительно. С другой стороны: за одно столкновение самолет перевозит гораздо больше людей, путешествуя на скоростях и высотах, которые автомобили редко достигают.
@Koyovis Но даже в таких условиях статистика авиаперелетов показывает, что это значительно безопаснее. Предыдущая статья: traveltips.usatoday.com/air-travel-safe-car-travel-1581.html — В 2008 г.: шансы погибнуть в автокатастрофе = 1 к 98 на всю жизнь; воздушный и космический транспорт = 1 из 7178 на всю жизнь.
Я добавлю еще один комментарий, чтобы этот набор комментариев был помечен для автоматического удаления.
И еще один.

Ответы (2)

Простая математика. Разрежьте кабину вдоль на две части и проверьте действующие силы. Половинки скреплены 4 мм алюминием и должны выдерживать перепад давления снаружи по диаметру кабины.

Предположим, что у нас есть широкофюзеляжный самолет диаметром 6 м (больше, чем у Боинга 777), и перепад давления в 1 атм (конечно, обычно самолет выдерживает только до 0,8 атм и не летает в вакууме, но допустим некоторый запас прочности).

Результирующее растягивающее напряжение составляет около 150 МПа . Алюминий уступает только при 275 МПа.

Другие силы воспринимаются стойками, лонжеронами и, в случае фюзеляжа, стрингерами. Обшивка передает силы сдвига между этими перпендикулярными стрингерами, но я не думаю, что эти силы значительны по сравнению с нагрузкой давлением.

• Поддерживайте давление воздуха. >> Насколько толстой является оболочка воздушного шара? Это выдерживает гораздо большее давление, чем самолет.

• Держите крылья от поломки. >> Это немного больше, чем просто кожа. Есть поддерживающие балки, чтобы удерживать основную часть, но обертывание их кожей также усиливает это.

• Перевозите пассажиров в большей безопасности, чем когда они путешествуют в своей машине. >> Практика, практика, практика. Чтобы научить кого-то управлять самолетом, требуется всего несколько часов. Но часы и часы тренировок и полетов после этого — вот что делает безопасного пилота, который может должным образом справляться с невзгодами. К тому же пробок в небе гораздо меньше, чем на дорогах.

Я не думаю, что воздушный шар имеет большее давление, чем самолет. До 8 или 9 фунтов на квадратный дюйм является обычным явлением для герметичного фюзеляжа.
Ваш последний пункт хорош. Большая часть безопасности находится в рабочем состоянии. И самолеты, и автомобили очень механически надежны.
@фут Ага. Ты прав. Для надувания воздушного шара требуется перепад давления более 1 фунта на квадратный дюйм, что означает около 15-16 фунтов на квадратный дюйм, чтобы преодолеть эластичность воздушного шара. Но после надувания внутреннее давление составляет всего около 1 атмосферы, причем во многом это связано с указанной эластичностью. Однако этот воздух не выпускается, как в системе наддува самолета. На самом деле вы не надуваете самолет; так как вы поднимаетесь и уменьшаете внешнее давление, вы пытаетесь удержать внутреннее давление в допустимом для человека диапазоне. Независимо от того, ваше внутреннее давление...
... будет выше, чем внешнее давление, поэтому внутри вашего самолета будет немного больше давления. Я предполагаю, что моя точка зрения была бы более сравнима с надуванием воздушного шара. Кожа воздушного шара может выдержать большее внутреннее давление во время надувания, не лопнув. Но алюминиевая кожа имеет гораздо меньшую эластичность. Я несколько упростил довольно сложную проблему повышения давления. :-/
Возможно, вам следует добавить к вашему последнему пункту систематический анализ происшествий и несчастных случаев и непрерывное обучение (во многих странах вы сдаете свои водительские права один раз, и они действительны на всю вашу жизнь, независимо от эволюции вашего автомобиля или вашего здоровья)
Ваша аналогия с воздушным шаром ложна, как и ваше объяснение в комментариях. Влияние упругости при напряжениях в тонкостенных сосудах под давлением (но не в баллоне из-за больших деформаций и высокого коэффициента Пуассона в резине) незначительно. Максимальный перепад давления в баллоне составляет около 0,7 фунта на квадратный дюйм . Наконец, обшивка самолета не заботится о том, «выпускается» ли воздух, а только о разнице давлений внутри и снаружи.
«Я несколько упростил довольно сложную проблему повышения давления». Кроме того, я не очень ясно объяснил, наверное. 14,7 фунтов на квадратный дюйм (давление на уровне моря) + около 1 фунта на квадратный дюйм, чтобы его надуть = 15-16 фунтов на квадратный дюйм внутри воздушного шара. Я не думаю, что аналогия с воздушным шаром была ложной; просто не так применимо, как я изначально думал. Есть немного физики, связанной с давлением воздушного шара. Однако обшивке самолета абсолютно безразлично, «выпускается» воздух наддува или нет. Поскольку постоянно поступает новый воздух, старый воздух приходится выпускать. Так регулируется перепад давления. Если продолжать ставить....
... воздух в воздушный шар, не выпуская немного, он в конце концов лопнет. Поэтому я думаю, что более подходящим экспериментом было бы измерение давления внутри надутого воздушного шара, когда он приближается к точке разрыва. И это будет зависеть от кожи воздушного шара. Опять же, это гораздо больше физики, чем исходное простое объяснение, которое я предполагал.
@Shawn Если вы не планируете поднять воздушный шар на большую высоту (где он неизбежно лопнет), я до сих пор не понимаю, как проводится аналогия - воздушный шар не заботится об абсолютном давлении, а только о разнице между внутри и снаружи. . И я хотел сказать, что коже все равно, достигается ли определенное давление за счет непрерывного притока или за счет перекрытия оттока. Я думаю, вы не упрощаете, а наоборот; воздушные шары на самом деле очень сложная, очень нелинейная задача, ведущая себя очень нелогично (надувание большего количества воздуха снижает давление!)
@Sanchises Я думаю, что мы, возможно, уходим далеко в сорняки, и, может быть, я неправильно понимаю физику надувания воздушного шара, но когда любой сосуд высокого давления достигает предела своей эластичности, он лопнет, если перепад давления увеличится и прочность стенки этого сосуда превышены. Не поэтому ли высотный воздушный шар лопнет, если продолжит полет? Кожа заботится о том, чтобы перепад давления был больше, чем она может выдержать. ...
Несмотря на это, атмосферное давление на уровне моря составляет около 14,7 фунтов на квадратный дюйм. Если вы летите на высоте 36 км, атмосферное давление составляет 3,3 фунта на квадратный дюйм. Если вы создадите давление в салоне самолета до 7000 футов, внутри самолета будет 11,3 фунта на квадратный дюйм. Дифференциал составляет 11,3-3,3 = 8 фунтов на квадратный дюйм. Таким образом, на сосуд высокого давления действует давление 8 фунтов на квадратный дюйм. Я не уверен, какое дополнительное давление потребуется, чтобы взорвать воздушный шар, но я сомневаюсь, что оно достигнет 8 фунтов на квадратный дюйм, прежде чем будет достигнуто давление разрыва. Я ошибся выше. Воздушный шар не очень хороший пример. И я не могу придумать другого способа объяснить тонкостенный сосуд высокого давления.
@Шон Точно. Вся моя мысль заключалась в том, чтобы «поддерживать давление воздуха. >> Насколько толстой является оболочка воздушного шара? Это удерживает гораздо большее давление»; так что я думаю, что мы сейчас на одной волне. Я также не могу придумать интуитивного примера для сосуда под давлением - возможно, лист бумаги, нагруженный только в чистом напряжении, является сносным примером (попробуйте разорвать его на части, не разрывая). Другие небольшие сосуды под давлением (котлы и т. д.), как правило, сильно перепроектированы, чтобы учесть нагрузку вне плоскости (вмятины и т. д.).
Как авиаперелеты могут быть такими безопасными, если толщина обшивки самолета всего 1-2 мм?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v