На первый взгляд может показаться, что стекло — универсальный материал, который годится как для автомобилей, так и для самолетов. Однако различие в условиях эксплуатации между дорогами и небом колоссальное. Самолеты испытывают экстремальные перепады давления, температуры и подвергаются значительно более высоким нагрузкам, чем любой автомобиль. В таких условиях стекло, даже самое прочное автомобильное, просто не выдержит. Оно треснет или даже разлетится на осколки при первом же испытании, связанном с набором высоты или турбулентностью.
Стекло — хрупкий материал, не подходящий для авиации
Обычное автомобильное стекло изготавливается из закалённого или ламинированного стекла. Оно хорошо справляется с ударами гравия и защищает от ветра и дождя, но в высотной авиации к материалам предъявляются гораздо более строгие требования. Например, при взлёте и на высоте 10 000 метров температура за бортом может опускаться до -50°C, а давление — падать в 3 раза по сравнению с земным. Такое сочетание факторов делает использование традиционного стекла невозможным: оно становится слишком хрупким и может разрушиться при резком изменении давления.
Какие материалы используются вместо стекла
Вместо стекла в авиации применяются специальные прозрачные поликарбонатные или акриловые материалы, такие как плексиглас (оргстекло). Эти материалы обладают высокой устойчивостью к ударным нагрузкам, легким весом и отличной прозрачностью. Они не раскалываются на опасные осколки при повреждении, а значит, повышают безопасность экипажа и пассажиров. Кроме того, такие материалы поддаются формовке, что позволяет создавать аэродинамические и изогнутые формы иллюминаторов и лобовых стекол кабины пилотов.
Значение веса в конструкции самолета
В авиации борьба идет за каждый лишний килограмм. Чем легче самолет, тем меньше топлива он потребляет и тем больше может взять на борт груза или пассажиров. Стекло, как материал, гораздо тяжелее современных полимеров, поэтому его использование привело бы к увеличению веса воздушного судна. Даже при использовании закаленного или особо прочного стекла общая масса конструкции увеличилась бы на десятки килограммов, что неприемлемо в условиях, где каждый грамм на счету.
Прочность и безопасность на высоте
Иллюминаторы и лобовые стекла современных самолетов многослойные, часто включают в себя три и более слоев материала, каждый из которых выполняет отдельную функцию. Внутренние слои поглощают удары, внешние — устойчивы к атмосферным воздействиям. Если произойдет повреждение одного слоя, другие сохранят герметичность. Такое строение невозможно реализовать с использованием традиционного стекла, поскольку оно не поддается гибкой ламинации в условиях, необходимых для авиации. Также стоит учитывать, что окна пилотов оснащены обогревом и способны выдерживать столкновения с птицами на скоростях более 800 км/ч — стекло такого испытания не выдержало бы.
Примеры из истории: почему от стекла отказались
На заре авиации предпринимались попытки использовать стекло в конструкции самолетов. Например, в некоторых ранних моделях использовалось обычное оконное стекло в кабине пилотов. Однако уже первые инциденты показали, насколько это опасно: при резких изменениях давления стекло трескалось, а иногда и разрушалось. После череды инцидентов разработчики отказались от стекла в пользу более гибких и прочных материалов. Современные исследования в аэродинамике и материаловедении окончательно подтвердили нецелесообразность использования стекла в авиации.
Дополнительные свойства современных материалов
Полимеры, используемые в авиации, обладают не только высокой прочностью и легкостью, но и другими важными свойствами. Например, они не искажают изображение, устойчивы к ультрафиолетовому излучению и не мутнеют со временем. Некоторые материалы имеют антибликовые или антиобледенительные покрытия. Кроме того, современные технологии позволяют встроить в лобовое стекло дисплеи с отображением информации (HUD — Head-Up Display), что невозможно было бы реализовать с традиционным стеклом без потери прозрачности или надежности.
Вывод: стекло не подходит для авиации по множеству причин
Хотя стекло успешно используется в автомобилях, зданиях и даже в космических аппаратах (в ограниченных зонах и в виде особо прочных стеклокерамик), для коммерческой и военной авиации оно не годится. Хрупкость, большой вес, неспособность выдерживать экстремальные перепады давления и температуры, отсутствие гибкости и плохая ремонтопригодность делают стекло абсолютно непригодным для использования в самолетах. Вместо него уже давно используются специально разработанные композитные материалы, которые лучше справляются со всеми требованиями, обеспечивают безопасность и комфорт как для экипажа, так и для пассажиров.