Цивилизация
Американские ученые поняли, почему гордость европейского самолетостроения — сверхзвуковой пассажирский лайнер «Конкорд» — постигла участь вымершей птицы дронт. Дело в том,
что на примере этого самолета мировое авиастроение зашло в эволюционный тупик.
В своем исследовании, опубликованном в журнале Journal of Applied Physics, профессор машиностроения и материаловедения из Университета Дьюка (США), выходец из Румынии Эдриан Бежан показал, что закон развития сложных систем, который он вывел два десятилетия назад, вполне применим к эволюции самолетостроения.
И вся мировая история авиастроения, от американского двухмоторного поршневого DC-3 до современных дальнемагистральных турбореактивных лайнеров, подтверждает единство этих законов.
Одним из главных аргументов противников теории Дарвина является то, что существование эволюции недоказуемо, поскольку она гораздо длиннее человеческой жизни.
В 1996 году Бежан предложил придуманный им Конструктальный закон, который применим к развитию объектов живой и неживой природы, которые существуют в условиях потока газа или жидкости — это, например, организмы, реки, нейронные сети, разряд молнии, электрические схемы.
«Эволюция земных видов происходит на слишком больших временных шкалах, чтобы человек мог ее наблюдать. Однако эволюция нашего собственного использования технологии и самолетов для перевозки людей и грузов занимала чуть больше времени, чем человеческая жизнь. Эволюция — универсальный феномен, применимый к технологии, бассейнам рек, строению животных, и в его основе лежит Конструктальный закон», — считает Бежан.
Закон постулирует, что для выживания сложной системы в ходе эволюции она должна упрощать обтекание набегающим потоком. К примеру, кровеносная система человека эволюционировала таким образом,
чтобы обеспечить ток крови по сети крупных артерий и небольших капилляров.
Русла рек, ветви деревьев и современные скоростные магистрали в своем развитии подчиняются тем же законам. Конструктальный закон диктовал свои требования и в эволюции самолетов:
масса двигателей росла пропорционально размерам самолетов, размах крыльев был завязан на ширину фюзеляжа, а загрузка топливом росла пропорционально весу воздушного судна.
«Схожие особенности строения могут встречаться у разных видов наземных животных. Крупные животные живут дольше и преодолевают большие расстояния, так же как это происходит у самолетов. К примеру, отношение размеров двигателя к размерам судна соответствует отношению размеров сердца, легких и мускул у крупного животного», — считает Бежан.
В своем исследовании Бежан с коллегами проанализировали огромный массив данных по совершенно разным самолетам, выпущенным в различные годы в разных странах мира. Это позволило им выявить тысячи закономерностей, связывающих друг с другом такие параметры, как год производства, размер, крейсерскую скорость, вес двигателей, вес топлива, дальность, длину фюзеляжа.
«Мы рассмотрели все модели самолетов, к которым имели доступ. Включая советские модели — всего 98 типов», — рассказал Бежан «Газете.Ru».
Помимо распространенных моделей Boeing и Airbus в анализе действительно присутствуют такие известные советские самолеты, как Ту-104, Ту-154 и Ил-96.
Анализ данных выявил две закономерности. Во-первых, эволюция мирового авиастроения все годы двигалась в сторону увеличения размеров. Несмотря на то что всегда выпускаются новые модели самых разных размеров,
на смену крупнейшим приходят еще более крупные самолеты.
Кроме того, оказалось, что законы, связывающие массу самолетов с их скоростью, совпадают с аналогичными взаимосвязями у млекопитающих, ящериц, птиц и насекомых. Другими словами, эволюционные ограничения, встречающиеся в живой природе, работают и в авиастроении.
Удивительным, по словам Бежана, оказалось то, что мировой дизайн самолетов почти не имеет национальных особенностей. «Национальных особенностей нет, это удивительная вещь. От «Боинга» и «Ильюшина» до «Аэробуса» самолеты стремились выглядеть одинаково, как животные — не копируя друг друга, а стремясь летать проще, экономичнее, безопаснее. В биологии это называется конвергентной эволюцией», — добавил автор работы.
Особняком в этом стройном древе эволюции стоит закончивший свою летную жизнь в 2003 году сверхзвуковой «Конкорд» и его советский соперник Ту-144. «Конкорд» сильно отклонился от правил, которые вывела эволюция для пассажирских самолетов», — считает Бежан, имея в виду низкое отношение массы к скорости, размаха крыльев к длине фюзеляжа, огромные двигатели и низкую экономичность.