Почему современные пассажирские самолёты не имеют прямоугольных иллюминаторов

Первые пассажирские самолёты имели квадратные или прямоугольные иллюминаторы. И до середины 1950-х такое конструктивное решение считалось вполне приемлемым. Прямоугольные иллюминаторы стояли почти на всех крупных лайнерах той эпохи, к примеру, на Douglas DC-4 (с 1942), на Lockheed Constellation (L-049 и Super Constellation с 1943), Boeing 377 Stratocruiser (с 1947), Convair 240/340/440 (с 1947) и на советских Ил-12 и Ил-14 в пассажирских вариантах.

Прямоугольные окна казались более современными и стильными по сравнению с маленькими круглыми иллюминаторами, которые были типичны для военных и ранних транспортных самолётов 1930-х. Они обеспечивали гораздо лучший обзор для пассажиров. Да и технологически их было проще изготовить и вставить в тогдашнюю обшивку фюзеляжа, ведь квадратные вырезы легче размечать и обрамлять.

Технически это тоже не вызывало никаких проблем. Самолёты того времени летали на относительно малых высотах (обычно 5-7 км), где разница давлений между салоном и наружной атмосферой была относительно небольшой (составляла порядка 20-25 кПа). При таких нагрузках концентрация напряжений в углах прямоугольных окон не приводила к быстрому накоплению усталостных повреждений в течение эксплуатации самолёта.

Всё изменилось с появлением первого в мире коммерческого реактивного пассажирского самолёта de Havilland Comet 1, который был введён в эксплуатацию в 1952 году. Инженеры de Havilland сохранили прямоугольные иллюминаторы. Они были ещё крупнее и с очень малым радиусом скругления углов (около 6-9 мм). Это решение было продиктовано теми же соображениями: современный вид, максимум света, панорамный обзор, футуристический дизайн.

Однако именно этот выбор стал роковым. Comet 1 летал на принципиально других высотах (10,7-12,2 км). Перепад давлений вырос до 35-38 кПа, а это в 1,5-2 раза больше, чем у поршневых предшественников. Кроме того, реактивный самолёт совершал гораздо больше взлётов-посадок за год, а ресурс фюзеляжа планировался на десятки тысяч часов.

В прямоугольном окне с малым радиусом углового скругления в углах возникала очень высокая концентрация напряжений (коэффициент концентрации Kt мог достигать 3-3,5 и более). Микроскопические дефекты (царапины, металлургические неоднородности) в зоне концентрации вызывали усталостные трещины, которые медленно росли при каждом цикле повышения давления, пока не достигали критических размеров, приводящих к разрывам.

В результате произошли две катастрофы, вызванные усталостным разрушением фюзеляжа. Зимой 1954 года самолёт с регистрационным номером G-ALYP (рейс BOAC 781) потерпел крушение в Средиземном море около Эльбы. Причиной стала разгерметизация на высоте около 8 тыс. метров. В апреле того же года около Неаполя разбился второй самолет с номером G-ALYY.

В ходе официального расследования самолёт G-ALYU подвергли ускоренным ресурсным испытаниям в водяной ванне (имитация переменной нагрузки путём нагнетания и сброса давления водой). После 3057 циклов произошёл взрывной разрыв фюзеляжа именно в районе одного из пассажирских прямоугольных окон, хотя в реальных катастрофах первыми были окна радиопеленгатора ADF в носовой части. Было установлено, что при проектировании недостаточно учли циклическую нагрузку, а фюзеляж имел слабую структуру (шпангоуты не могли эффективно останавливать рост трещины).

После катастроф Comet 1 сняли с эксплуатации. В последующих модификациях окна стали делать овальными с большим радиусом скругления, обшивку усилили, ввели более жёсткие требования к усталостным испытаниям.

Этот трагический опыт навсегда изменил подход к проектированию салонов во всём мире. С тех пор ни один серийный реактивный пассажирский лайнер не вернулся к прямоугольным иллюминаторам с малым радиусом углов — практически все перешли на круглые или овальные иллюминаторы с радиусом скругления не менее 50-100 мм. А старые поршневые машины с прямоугольными окнами постепенно доживали свой век и заменялись новыми типами.