Откуда у Боинга 747 характерный «горб» на носу?

Если нарисовать самолёт одним росчерком карандаша, большинство людей изобразят трубу с крыльями. Но стоит попросить нарисовать Боинг 747, и рука сама выводит характерную выпуклость над носовой частью, будто кто-то прилепил к фюзеляжу вторую, меньшую по размеру трубу. Этот силуэт стал настолько привычным, что мы редко задумываемся: а почему, собственно, он там?

Лайнер, который должен был стать грузовиком

В 1965 году Хуан Трипп, председатель совета директоров авиакомпании Pan American World Airways, пришёл к Биллу Аллену, главе корпорации Boeing, с предложением, от которого было трудно отказаться. Трипп хотел самолёт, втрое более вместительный, чем Боинг 707, способный перевозить около четырёхсот пассажиров через Атлантику. Но за этим запросом стояла и вторая, менее очевидная мысль. Трипп прекрасно понимал, что эпоха массовых авиаперевозок только начинается, и не был уверен, что пассажирский спрос будет расти вечно. Он попросил Boeing спроектировать машину так, чтобы в случае падения интереса публики к полётам лайнер можно было быстро переоборудовать в полноценный грузовой транспорт.

Пассажирский самолёт загружается через боковые двери, и это удобно для людей, но совершенно не подходит для крупногабаритных грузов. Чтобы закатить внутрь фюзеляжа стандартный контейнер или автомобиль, нужен широкий проём в носовой части. И этот проём должен быть настолько большим, чтобы через него проходили грузы шириной в несколько метров. Значит, нос самолёта должен был откидываться целиком.

Boeing к тому моменту уже имел опыт работы над похожей концепцией. Компания участвовала в конкурсе на военный транспортный самолёт C-5 Galaxy, объявленном ВВС США, и хотя контракт в итоге достался Lockheed, наработки по носовой загрузке остались в чертежах. Когда Аллен дал добро на проект гражданского гиганта, главный конструктор Джо Саттер и его команда взяли эти идеи и перенесли их в гражданскую плоскость. Так родилась конструкция с откидывающимся вверх носовым обтекателем, закреплённым на петлях в верхней части фюзеляжа.

Кабину нужно было куда-то деть

Если нос самолёта откидывается вверх вместе с частью фюзеляжа, то что делать с кабиной пилотов? В обычном лайнере пилоты сидят прямо в носу, за лобовым стеклом. Но если этот нос распахивается, как капот автомобиля, кабина оказывается на пути грузовой рампы. Лётчики, мягко говоря, мешают погрузке.

Кабину подняли над основной палубой. Пилоты оказались на втором этаже, в отдельном отсеке, который возвышался над фюзеляжем. Под ними, на уровне основной палубы, образовался свободный проём от пола до потолка, через который при открытой носовой створке можно было загонять грузы. Конструкция получилась логичной: грузовой поток идёт по нижней палубе, экипаж сидит сверху и управляет машиной, не мешая наземным операциям.

Но поднятая кабина потянула за собой цепочку последствий. Между потолком основной палубы и полом кабины образовалось пространство, которое нельзя было оставить пустым. Его использовали под небольшой пассажирский салон верхнего яруса и технические отсеки. Так над носом Боинга 747 вырос тот самый горб, ставший его визитной карточкой. Изначально он был совсем коротким: на Боинге 747-100 верхний ярус вмещал порядка тридцати пассажиров, и многие авиакомпании использовали его как лаундж с креслами и барной стойкой, а не как полноценный салон.

Что прячется внутри горба

Горб Боинга 747 — это не декоративный нарост и не аэродинамический обтекатель. Это полноценный отсек, встроенный в силовую структуру фюзеляжа и находящийся под тем же перепадом давления, что и остальные обитаемые помещения лайнера. Внутри него, в зависимости от модификации, размещаются кабина экипажа, верхний пассажирский салон, часть бортовой электроники, а также проход к носовой створке.

Кабина пилотов занимает переднюю часть горба. Лобовое остекление кабины наклонено вниз и вперёд, что обеспечивает обзор взлётно-посадочной полосы. Такое расположение, кстати, имеет побочный эффект: пилоты 747 сидят заметно выше, чем экипажи большинства других лайнеров, и при рулении по аэродрому видят стоянку и соседние самолёты почти с высоты второго этажа жилого дома. Это требует привыкания, но в целом улучшает обзор в плотном трафике крупных аэропортов.

За кабиной начинается верхний салон. В ранних версиях он был тесным и низким, но с каждой новой модификацией его растягивали. Под полом верхнего яруса проходят кабельные трассы, воздуховоды системы кондиционирования и часть гидравлических магистралей, связывающих носовую стойку шасси с основными системами управления. Горб, таким образом, выполняет и роль технического коридора, без которого прокладка коммуникаций через откидывающийся нос была бы крайне затруднена.

Носовая грузовая створка, ради которой всё и затевалось, крепится на шарнирах в верхней части фюзеляжа, прямо под горбом. При открытии она поднимается вверх, как гигантский козырёк, освобождая проём основной палубы. Она присутствует только на заводских грузовых модификациях (-F). Чисто пассажирские версии имеют монолитную носовую конструкцию без какой-либо двери. Когда пассажирские лайнеры переделывают в грузовые, они получают боковую грузовую дверь, но нос остаётся глухим.

Сопротивление и неожиданная подъёмная сила

Любой выступающий элемент на фюзеляже самолёта создаёт дополнительное аэродинамическое сопротивление, и горб не исключение. На крейсерской скорости около девятисот километров в час воздух обтекает фюзеляж, натыкается на переднюю кромку горба, раздваивается и огибает его сверху и с боков. В месте сопряжения горба с основным фюзеляжем образуются зоны интерференции потоков, где завихрения увеличивают сопротивление. По оценкам аэродинамиков Boeing, вклад горба в общее сопротивление самолёта составляет несколько процентов от общего лобового сопротивления. Для машины с четырьмя двигателями и взлётной массой под четыреста тонн это означает дополнительный расход топлива, который, впрочем, был заложен в расчёты с самого начала.

Но есть и другая сторона. При положительных углах атаки, то есть когда нос самолёта слегка поднят относительно набегающего потока, горб начинает работать как небольшое крыло. Воздух, обтекающий его верхнюю поверхность, ускоряется, давление над горбом падает, и возникает дополнительная подъёмная сила. Она невелика по сравнению с подъёмной силой основного крыла, но на больших углах атаки, например при взлёте или посадке, эта добавка становится заметной и слегка помогает самолёту удерживаться в воздухе.