Почему перестали ставить двигатели внутри крыльев самолета?

Первый реактивный коммерческий авиалайнер оснащался 4 двигателями, установленными в корневой секции крыльев. Этим самолетом стал британский Де Хэвилленд DH. 106 «Комета» (на картинке ниже), который совершил первый полет в июле 1949 года. Спустя 6 лет впервые взлетел советский Ту-104, его двигатели также размещались в крыльях.

Затем эту же схему повторили в Ту-124, коммерческая эксплуатация которого началась в 1960-м году. Но в дальнейшем в гражданской авиации такая компоновка не применялась, и двигатели стали размещать преимущественно под крыльями самолетов.

Преимущества размещения двигателей в крыльях

Одним из преимуществ данной компоновки является аэродинамически чистое крыло, которое позволяет создавать бóльшую подъемную силу. Для первых реактивных самолетов это было особенно важно, ведь тяга ранних реактивных двигателей была значительно меньше, чем у современных образцов.

Британская "Комета" оснащалась двигателями Rolls-Royce Avon с тягой 32.7 кН, что ничтожно мало в сравнении с двигателями семейства Rolls-Royce Trent 7000, которые могут похвастаться тягой в 324.0 kН. Такими оснащают авиалайнеры Airbus A330neo. Впрочем, даже это значение далеко не рекордное.

Второе преимущество – это меньший разворачивающий момент в случае внезапного отказа одного из двигателей. В наше время это сложно назвать значимым преимуществом, ведь современные самолетные двигатели выходят из строя очень редко. Статистика говорит об 1 поломке раз в 100 000 летных часов. Для сравнения, в 1960-х двигатели ломались в 40 раз чаще – в среднем 1 поломка каждые 2500 часов.

Третье преимущество – это меньшая склонность засасывать мусор с поверхности взлетно-посадочной полосы (ВПП) по сравнению с двигателями, размещенными на пилоне под крылом. Благодаря этому требования к ВПП снижаются.

Недостатки двигателей в крыльях

Основным недостатком называют низкую пожарную безопасность: в случае утечки топлива и возгорания одного из двигателей высока вероятность повреждения элементов механизации крыла, а также соседнего двигателя, если говорить про «Комету». А вот подвешенный под крылом двигатель неплохо изолирован и может "отгореть" без вреда для остальных компонентов авиалайнера. Учитывая, что проблемы с двигателями тогда встречались многократно чаще, это немаловажный фактор.

Отрыв одной из лопаток вентилятора также с намного меньшей вероятностью приведет к серьезным повреждениям. Кроме того, установленный в крыле двигатель из-за большей высоты сложнее (а значит, дороже) обслуживать, да и демонтировать его в случае замены не так легко. Это в конечном счете увеличивает стоимость билетов.

Другим недостатком является повышенный уровень шума в салоне из-за более близкого расположения двигателей к фюзеляжу. Ещё одним минусом установки двигателей в крылья является невозможность бюджетной модернизации самолета: при смене двигателей пришлось бы перерабатывать геометрию крыла. Образцом экономии можно назвать Boeing 737, который производится уже 54 года. За это время он пережил 4 крупные модернизации со сменой двигателей.

Преимущества установки двигателей под крыло

Конечно, двигатели перестали ставить внутри крыльев самолетов не только из-за недостатков этой компоновки, но и из-за преимуществ господствующего ныне подхода с установкой двигателей на пилонах под крыльями. В частности, речь идет о следующих преимуществах:

• Возможность установки двигателей с высокой степенью двухконтурности (в таких основная часть воздуха проходит по внешнему контуру и не попадает в камеры сгорания). К слову, во всех актуальных моделях авиалайнеров только такие и используются по причине высокой топливной экономичности и повышенной тяги. Эти двигатели отличаются бóльшим диаметром, что делает невозможным установку внутрь крыла;
• При отказе электрооборудования топливо из баков в крыле может поступать в двигатели самотеком. Больше места в самих крыльях для размещения топливных баков;
• Повышенная пассивная безопасность. При аварийной посадке двигатели принимают на себя часть ударной нагрузки. Они разрушаются при соприкосновении с землей, зато защищают фюзеляж и находящихся в нем пассажиров. Подобное произошло при посадке Ил-86 компании Аэрофлот в 2001 году в Дубае;
• Подвешивание двигателей, как ни странно, разгружает крылья во время полета. Центр тяжести самолета находится в фюзеляже, а подъемная сила приложена к крыльям, из-за этого они испытывают существенный изгибающий момент. Расположение двигателей по размаху крыла способствует более оптимальному распределению веса, уравновешивая подъемную силу на крыле. Благодаря этому снижаются требования к прочности конструкции, что позволяет снизить её массу и, как следствие, расход топлива;
• Вынесенные вперёд на пилонах двигатели работают противофлаттерным балансиром (то есть гасят самопроизвольно возникающие вибрации крыла). Это ещё больше снижает требования к жесткости конструкции.

Вывод

Установка двигателей в корневой секции крыльев имела смысл лишь на заре реактивной гражданской авиации. В наше время полеты на самолетах с подобной компоновкой стоили бы слишком дорого, ведь разместить современный массивный турбовентиляторный двигатель во вменяемых размерах крыле не получится, а расход топлива у старых двигателей оставляет желать лучшего. Впрочем, некоторые преимущества установки двигателей под крыльями стали очевидны ещё во второй половине 1950-х годов, из-за этого первый же пассажирский реактивный авиалайнер от Boeing (B707) оснащался 4 подвешенными на пилонах двигателями.