Почему в современных самолётах топливо прячут в крыльях

1. Опасные самолёты прошлого

В первой половине двадцатого века авиаконструкторы всё ещё пытались создавать самолёты по образу и подобию наземной техники. Поэтому на истребителях Первой мировой войны и пассажирских самолётах баки часто устанавливали в фюзеляже, а самым популярным местом для этого было пространство перед кабиной пилота или же под его сиденьем. На некоторых бипланах бак вообще крепили на верхнем крыле: после всех упрощений у самолёта попросту не было топливного насоса, и топливо в двигатель поступало самотёком. Так было гораздо проще, да и вес позволяло экономить. К тому же крылья самолётов в то время были слишком хрупкими и тонкими, и никому даже в голову не приходила мысль помещать в них топливные баки.



Правда, у подобной компоновки было несколько серьёзных недостатков, и один из них – крайне низкая безопасность. Если вдруг начинался пожар, пилот оказывался в серьёзной опасности, и его шансы на спасение стремительно уменьшались. Ко всему прочему постепенная выработка топлива меняла баланс самолёта, и чтобы поддерживать горизонтальный полёт, приходилось постоянно выжимать штурвал. Конструкторам приходилось мириться с подобными проблемами до появления массовой «авиационной металлургии». Junkers F 13 можно считать исторической ступенью, после которой начинается «серьёзная» авиация: его корпус целиком состоял из алюминиевого сплава, а в полых крыльях пряталась часть резервуаров для топлива. После этого авиация радикально изменилась.

2. Современные крылья-баки

В 1950-х годах проблем только прибавилось: в авиации стали массово использовать реактивные двигатели, и самолёты стали очень прожорливыми. Если раньше в крыльях размещали независимые баки, то теперь они только мешали, занимая место и добавляя лишний вес. Именно в это время у авиаконструкторов родилась идея так называемого мокрого крыла, когда в топливный бак превращается вся внутренняя полость. При этом часть крыла герметизируется при помощи композитов и специальных составов, а топливо просто заливают внутрь. Именно так работают современные авиалайнеры.



Впрочем, в самом фюзеляже (центроплане) тоже оставили место под топливо, например, в месте соединения крыльев (так называемый центральный бак) или же в хвостовой части. Интересно, что эти баки являются частью общей топливной системы и связаны с крыльями, а всей работой управляет умная электроника. Именно она следит за состоянием всех баков и занимается распределением топлива по заранее разработанным схемам. Сначала в двигатели направляется керосин из фюзеляжных баков, а из крыльевых топливо расходуется в последнюю очередь. Причина простая – именно таким способом конструкторы защитили самолёт от разрушения прямо в воздухе.

3. Плюсы и выгоды

На первый взгляд крылья кажутся очень странным местом для размещения топлива, но используя эту схему, инженеры смогли решить очень серьёзную проблему. Здесь дело даже не в том, чтобы освободить место для пассажиров и багажа, а в правильном распределении нагрузки. В полёте конструкция самолёта нагружается очень неравномерно: подъёмная сила толкает огромные крылья вверх, а гравитация тянет фюзеляж вниз. В итоге получается, что самолёт всеми силами пытается сложиться пополам, и инженеры никак не могли решить эту проблему, поскольку более прочная конструкция сделала бы самолёт слишком тяжёлым. Поэтому они утяжелили крылья при помощи топлива, использовав керосин как противовес для более плавного распределения нагрузки.



У топлива в крыльях есть ещё одна неочевидная роль: оно является отличным амортизатором. Во время полёта крылья генерируют сильную вибрацию (флаттер) от механической работы двигателей и набегающих потоков воздуха на больших скоростях. Вибрация может оказаться настолько сильной, что от неё страдает даже силовая конструкция, и она вполне способна разрушить самолёт прямо в воздухе. Интересно, что в полёте, по мере выработки топлива, баланс практически не нарушается. Конечно, есть и финансовая сторона: десятки тонн топлива занимают очень много места, а потеря каждого кубического метра во внутреннем объёме – это огромный убыток для авиакомпании. Инженеры вынесли топливо за пределы фюзеляжа и в долгосрочной перспективе принесли огромную прибыль операторам.



Как бы то ни было, топливо в крыльях – это всего лишь компромисс, чтобы заставить самолёт летать и приносить прибыль. Такая схема имеет очень много недостатков, и с ними приходится мириться. Конструкцию крыльев пришлось намеренно усложнить, чтобы избежать гидроударов во время маневрирования и турбулентности, из-за чего самолёт стал дороже и обслуживать его теперь гораздо сложнее. К тому же керосин может замерзать и забивать топливные фильтры, а на поверхности крыльев образуется огромное количество льда.



Несмотря на все недостатки, авиакомпании активно продолжают работать, а производители выпускают для них новые модели. Правда, даже самые дорогие из них могут оказаться не самыми удачными.