Создание надувного самолета упирается в две проблемы: чтобы использовать обычные по размеру и толщине профиля крылья, внутреннее давление должно быть около одной атмосферы (у Goodyear Inflatoplane было около 0.5 атм, у немецких самолетов 0.8 атм).
Но при таком давлении и такой толщине крыла, напряжение в ткани получается очень большим. Даже лодочная ткань с плотность около 1000 г/м2, из которой только одно крыло будет весить 12 м2 * 4 * 1000 г/м2 = 48 кг(!!!), такое давление не выдержит. Поэтому нужно использовать келаровую, либо ткань из высокомодульного полиэтилена (т.н. dyneema, из которой делают например сверхпрочные тросы). Либо... но об этом далее.
Сейчас поясню, почему так происходит. Известна классическая формула, описывающая при каком давлении надувная труба теряет устойчивость ("переламывается" с образованием складки). Выглядит она так:
М = 1.57*p*r^3, здесь М - момент, приводящий к излому трубы, Н*м; p - внутренее избыточное давление, Па; r - радиус надувной трубы, м
Как видите, сопротивление трубы перелому зависит от внутреннего давления линейно, а от диаметра трубы в кубе. Поэтому выгоднее увеличивать диаметр надувной трубы.
Но с другой стороны, в цилиндрической надувной трубе в ткани
возникает растяжение, которое можно найти по формуле
Т = p*r, где Т - максимальное натяжение ткани, Н/см; p - внутреннее избыточное давление, кПа; r - радиус трубы, см
Если мы сделаем надувное крыло, состоящее из надувных труб вдоль размаха, то не сложно найти какого они должны быть диаметра (какой будет толщина крыла) и какое внутри должно быть давление.
Допустим, крыло будет состоять из 5 труб диаметром 30 см (r=0.15 м) каждая. Поставленные рядом, они дадут хорду 1 м (уменьшением толщины согласно профилю, пока пренебрежем).
Если внутренее давление будет 1 атм (это 101325 Па), то одна такая труба будет переламываться при моменте
М = 1.57*101325*0.15^3 = 537 Н*м
А пять труб, соответственно при общем моменте М=537*5=2685 Н*м.
При размахе 6 м и взлетном весе 200 кг, на одном полукрыле во время полета действует момент примерно 100 кг * 1.5 м = 150 кг, или примерно 1500 Н*м
Как видим, такой самолет будет способен лететь даже на свободнонесущем надувным крылом. И до изгиба крыльев у него будет оставаться почти двухкратный запас.
Если же применить подкосы или тросовые растяжки на 50% размаха, то момент на одном крыле будет примерно равен
М = 100 кг * (1.5 м / 2) = 74 кг*м = 740 Н*м.
И это даст запас по перегрузке 2685 Н*м / 740 Н*м = 3.6 g. Более чем достаточно для нормальных безопасных полетов.
А теперь найдем какой прочности должна быть ткань, из которой состоят такие надувные баллоны (давление 1 атм - это 101 кПа):
Т = 101 кПа * 15 см = 1515 Н/см, или примерно 151 кг/см. То есть полоска шириной 1 см, должна иметь разрывную нагрузку не менее 150 кг.
Обычно в тканях дают разрывную нагрузку для полоски шириной 5 см. Таким образом, для диаметра трубы 30 см и внутреннего давления 1 атм, ткань должна иметь разрывную нагрузку не менее 151*5 = 755 кг. Плюс запас прочности ходя бы 1.5, итого около 1000 кг для полоски шириной 5 см.
Увы, такую ткань еще поискать нужно, даже очень прочные и тяжелые лодочные ткани, обычно обладают намного меньшей прочностью. Плюс при такой прочности возникает вопрос лишнего веса крыла. А уж о том, чтобы сделать такой надувной самолет из какой-нибудь тонкой лавсановой пленки с толщиной 200 г/м2 и разрывной нагрузкой около 50-80 кг, не может быть и речи...
Однако присмотревшись к формулам, можно понять как обойти это ограничение. Во-первых, можно увеличить диаметр трубы и снизить давление. Необходимая прочность ткани останется та же (так как Т=p*r от обоих параметров зависит линейно), а вот сопротивление надувной трубы изгибу возрастет в кубе от диаметра! Таким образом, можно сделать очень толстое крыло под приемлимое давление 0.2 атм, или даже под 0.05 атм, которое выдержит даже пленка или ткань плотностью 100 г/м2. Получится что-то вроде дирижабля с формой аэродинамического крыла. По типу Stingray (крыло внутри лонжерона не имеет, давление около 0.04 атм):
Или Solar Ship (параметры примерно аналогичны Stingray):
Это один путь. Другой заключается в том, чтобы уменьшить радиус труб и повысить давление. Прочность остается та же, но внутрь можно закачать до нескольких атмосфер при диаметре труб в несколько см. Это не так выгодно в весовом отношении как увеличивать диаметр (так как изгибной момент аэробалки от давления зависит линейно, а не кубически как от диаметра). Но технологически это может оказаться проще, а главное - позволяет сохранить приемлимую толщину крыла в пределах 20-30 см вместо почти двух метров как в Стингрее.
Другими словами, крыло надувного самолета можно сделать из огромного количества тонких надувных трубок, сложенных параллельно. Диаметром в пару см и внутренним давлением в несколько атм. Причем необязательно это должны быть отдельные трубки. Это могут быть перегородки или вертикальные нити в надувном крыле, которые технически выполняют ту же роль - уменьшают диаметр одной надувной "трубы" (замкнутой полости) и тем самым уменьшают растягивающую нагрузку с ткани.
По такому пути пошли в Goodyear Inflatoplane, соединив огромным количеством нитей верхнюю и нижнюю поверхность крыла. Аналогичный способ используется в airdeck - надувных полах для лодок. Множество перегородок, плюс маленький диаметр (толщина надувного пола около 5-7 см, кажется), это позволило при давлении в 0.8-1 атм, использовать обычный лодочный дакрон с плотностью 1100 г/м2. Вероятно, немецкие надувные самолеты тоже используют такой подход, хотя подробности их внутренней структуры неизвестны.
Фактически, можно сделать надувной дельтаплан как на картинке ниже, с массой около 10-15 кг. Но только из дайнемовой, вектрановой ткани или аналогов. Из обычной ткани типа лодочной, нельзя. Когда появятся массовые ткани из углеродных нанотрубок, тогда такие аппарата как на фото ниже, станут обыденностью.
p.s. есть и другие пути, например введением внутрь надувного крыла лонжерона как сделано в Woopy.
А можно вшить по размаху карман и вставить в него жесткий элемент, работающий на сжатие (не лонжерон в обычном смысле этого слова). Надувная конструкция в этом случае не дает ему потерять устойчивость. Это позволяет в несколько раз увеличить жесткость надувного крыла. На фото ниже пример такой конструкции. Она только выглядит как надувной кайт, а на самом деле там в переднем баллоне два алюминиевых прямоугольных профиля с сечениями около 40х10 мм, и такое крыло как свободнонесущее рассчитано на рабочую нагрузку около 100 кг.