Почему иллюминаторы круглые

Посмотрите в иллюминатор. У него нет ни одного острого угла — мягкий овал, скруглённые края. Так выглядит окно любого пассажирского самолёта в мире, от крошечного регионального до огромного A380. Это не дизайнерская причуда и не дань единому стилю. Это правило, написанное кровью.

А когда-то окна были квадратными.

Самолёт из будущего

В 1949 году британская фирма de Havilland подняла в воздух машину, опередившую всех. Comet — первый в мире реактивный пассажирский лайнер. Пока весь остальной мир трясся в салонах поршневых самолётов с гудящими винтами, Comet летел выше, вдвое быстрее и почти бесшумно для пассажира. Он шёл на высоте около 12 километров — там, где воздух разрежён, сопротивление меньше, а погода спокойнее.

Когда в 1952 году Comet вышел на линии, британцы ликовали. Билеты раскупали на месяцы вперёд. Казалось, Британия выиграла гонку за небо у американцев на десятилетие.

Но полёт на большой высоте означал одну вещь, к которой авиация была ещё не готова по-настоящему. Снаружи на 12 километрах давление почти втрое ниже, чем у земли. Чтобы пассажиры могли дышать, салон наддувают — закачивают воздух, создавая внутри почти земное давление. Фюзеляж раздувается, как воздушный шар. На снижении давление сбрасывается. И так каждый рейс: надулся — сдулся, надулся — сдулся.

Январь и апрель 1954-го

10 января 1954 года Comet компании BOAC вылетел из Рима. Через двадцать минут, набирая высоту над Средиземным морем у острова Эльба, он внезапно развалился в воздухе. Все 35 человек на борту погибли. Обломки ушли на дно.

Прямых свидетелей причины не было, доказательств — тоже. Флот Comet временно остановили, спешно внесли десятки доработок, искали бомбу, отказ двигателя, что угодно. Через десять недель полёты возобновили.

Прошло две недели. 8 апреля 1954 года другой Comet, теперь компании South African Airways, вылетел из Рима на Каир. И снова на наборе высоты, над Средиземным морем, машина рассыпалась в воздухе. Погиб 21 человек.

Два одинаковых самолёта, две одинаковые катастрофы, один и тот же момент полёта. Случайностью это быть перестало.

Бассейн, который раскрыл тайну

Расследование возглавил Королевский институт авиации в Фарнборо, и подход выбрали невиданный по тем временам. Целый фюзеляж Comet поместили в гигантский водяной бак и начали имитировать полёты: закачивали воду внутрь, создавая давление наддува, потом сбрасывали — и так цикл за циклом, день и ночь. Вода, в отличие от воздуха, при разрыве не взрывается, а позволяет точно увидеть, где лопнуло.

После числа циклов, эквивалентного примерно трём тысячам полётов, корпус лопнул. И трещина пошла от угла окна.

Точнее — от угла маленького квадратного окошка антенны на крыше фюзеляжа, рядом с заклёпкой. Дальше выяснилось то же самое и про пассажирские иллюминаторы, которые тогда были почти прямоугольными.

Главное слово: концентрация напряжений

Вот в чём суть. Когда фюзеляж под давлением растягивается, нагрузка распределяется по обшивке. Но у острого угла она не может «обогнуть» его плавно — она скапливается в одной точке. В прямом угле напряжение может вырасти в несколько раз по сравнению с ровной поверхностью. Инженеры называют это концентрацией напряжений.

Раз за разом, цикл за циклом, этот перенапряжённый уголок микроскопически деформируется. Появляется усталостная трещина — сначала невидимая глазу. С каждым следующим полётом она растёт на доли миллиметра. А потом, в один обычный рейс, достигает критической длины — и фюзеляж под давлением вскрывается мгновенно, как лопается надутый пакет, если надорвать уголок.

Это усталость металла: разрушение не от одной большой нагрузки, а от множества мелких, повторяющихся. Та же физика, по которой скрепка ломается, если её несколько раз согнуть туда-сюда.

Скруглённый угол этой ловушки лишён. Напряжение плавно обтекает кривую, нигде не скапливаясь. Овальное окно живёт в десятки раз дольше квадратного при той же нагрузке.

Цена урока

Comet так и не оправился. Пока британцы переделывали конструкцию, вперёд вырвались американцы — Boeing 707, учтя чужую трагедию, изначально проектировался с округлыми окнами и усиленной обшивкой. Эпоху реактивных перелётов открыли уже не те, кто пришёл первым.

Но каждый овальный иллюминатор, в который вы сегодня смотрите на закат над облаками, — это память о Comet. О самолёте, который полетел слишком высоко и слишком рано, и о двух экипажах, ценой которых авиация узнала простую, теперь очевидную вещь: у окна в небо не должно быть острых углов.