Давайте представим, что у вас есть бесконечное количество материалов, бесконечные деньги, бесконечное пространство и полное отсутствие ограничений, не связанные с весом и аэродинамикой. Вы хотите построить самый большой в мире самолёт, который никто и никогда не сможет повторить.
Будет ли на каком-то этап достигнуто ограничение, после которого ваш гигантский самолёт превратится в тыкву и перестанет после этого летать?
По сути законы физики работают совершенно одинаково, независимо от того, говорите ли вы о малой авиации или о гигантах авиастроения.
При условии, что у самолета достаточно большое крыло, оно правильно рассчитано и его можно сделать достаточно легким (или он оснащен достаточно мощными двигателями), ничто не помешает самолету размером с гору или планету летать в еще большем воздушном пространстве.
Да, да, есть число Рейнольдса. Оно отвечает на вопрос будет ли поток гладким и ламинарным или рваным и турбулентным. Чем больше число Рейнольдса, тем сильнее машина прёт по инерции и тем легче возникают вихри. При малых значениях вязкость всё приглаживает. Именно поэтому микроскопическая пылинка в воздухе и крыло самолёта, летящие в одном и том же воздухе, ведут себя совершенно по-разному. Но все они подчиняются одним и тем же законам физики при правильном расчёте.
Есть ещё закон квадрата-куба. Это принцип, согласно которому при пропорциональном увеличении размеров объекта его объём растёт быстрее (пропорционально кубу коэффициента масштабирования), чем площадь его поверхности (пропорционально квадрату). И по сути это можно понимать, как нарушение пропорциональности при масштабировании. Огромное крыло сломается под своим собственным весом, если посчитать его неправильно. Но никто не мешает посчитать правильно.
Физика не запрещает правильно посчитанному самолёту быть сколь угодно большим. Закономерности для полёта не содержат “максимального размера”. Подъёмная сила определяется скоростью, плотностью воздуха и площадью крыла и если увеличить крыло, то можно компенсировать рост массы.
Ни закон сохранения энергии, ни законы аэродинамики не говорят: “после 100 метров лететь нельзя”. Запрет появляется не в физике, а в деталях и специфике. Мы про это уже сказали. Масса растёт быстрее площади, материалы начинают проигрывать собственному весу, турбулентность и вибрации усиливаются и прочее. Поэтому физика разрешает самолёт любого размера, но инженерная реальность очень быстро делает его бессмысленным.
Ограничения часто носят практический характер. Пассажирские самолеты должны помещаться в пределах аэропортовых ворот и инфраструктуру, поэтому их крылья не могут быть слишком длинными. Именно поэтому существуют винглеты. Многие говорят, что они делают самолет более экономичным с точки зрения расхода топлива, но мало кто знает, что этого можно добиться и за счет увеличения длины крыльев. Однако, поскольку существует предел длины крыльев, решением является использование винглетов.
Все самолеты также должны уметь безопасно взлетать и садиться на взлетно-посадочных полосах типичных аэропортов (то есть, отрываться от земли и преодолевать препятствия).
Есть ещё и экономические аспекты коммерческих самолётов (и самолётов в целом). Если цена будет слишком высокой, никто не сможет его купить, это очевидно. Однако мы также наблюдаем закат гигантских пассажирских самолётов, потому что современные рынки просто больше не нуждаются в них, предпочитая иметь больше более компактных самолётов.
Именно поэтому A380 потерпел когда-то неудачу, несмотря на то, что был инженерным триумфом. Это самолёт 1970-х годов, появившийся более чем на 30 лет позже, чем следовало бы. Компания Boeing уже прекратила производство своего знаменитого 747 в 2023 году, причём большая часть последних заказов пришлась на грузовые версии. Так что физика тут совсем не причём.
Ну а сегодня самый большой, пожалуй, самолет Stratolaunch, крупнейший в мире по размаху крыльев. Его фотография была чуть выше. Он был разработан компанией Scaled Composites для Stratolaunch Systems. Имеет два фюзеляжа, соединенных общим крылом размахом 117 метров.
Основное предназначение - высотный запуск ракет-носителей для вывода спутников в космос, что позволяет снизить расход топлива, избегая преодоления плотных слоев атмосферы и притяжения у земли. Оснащен шестью двигателями Pratt&Whitney и имеет максимальная взлетная масса составляет 590 тонн. Само собой, использовался только для помощи в исследованиях космоса и является экспериментальным. Второго такого нет.
Подборка для любителей физик полётов:
Не забываем ставить лайки статье! Это очень важно и если статья понравилась, то нужно сделать именно так, а заодно - подписаться на канал и оставить комментарий.
⚠️ Телеграм канал моего проекта. Заходи, подписывайся, читай интересное!