Элерон: что это, как работает и зачем нужен самолёту

Элерон — это подвижная секция на задней кромке крыла, ближе к его концу, которая управляет креном самолёта, то есть наклоном вбок вокруг продольной оси. Элероны стоят парой, по одному на каждом крыле, и работают в противоположных направлениях: когда один отклоняется вверх, другой опускается вниз. Эта разница и кренит самолёт в нужную сторону.

Название пришло из французского — aileron означает «крылышко». Без элеронов самолёт не смог бы войти в вираж: именно крен наклоняет подъёмную силу крыла вбок и заставляет машину поворачивать. Разберём, как именно элерон создаёт крен, почему он работает в паре и какие есть тонкости в его поведении на разных скоростях.

Как элерон создаёт крен

Подъёмная сила крыла зависит от того, как поток обтекает его профиль. Элерон, отклоняясь, меняет форму задней части крыла и тем самым меняет подъёмную силу на этом участке. Опущенный вниз элерон увеличивает кривизну профиля и добавляет крылу подъёмной силы. Поднятый вверх — наоборот, уменьшает её.

Поскольку элероны на двух крыльях отклоняются в разные стороны, на одном крыле подъёмная сила растёт, на другом падает. Крыло с большей подъёмной силой идёт вверх, крыло с меньшей опускается, и самолёт кренится. Чтобы накренить машину влево, пилот поднимает левый элерон и опускает правый: правое крыло поднимается, левое уходит вниз, самолёт ложится в левый крен.

Сам по себе крен ещё не поворот. Накренившись, самолёт наклоняет вектор подъёмной силы вбок, и горизонтальная составляющая этой силы тянет машину в сторону крена — так начинается вираж. Поэтому управление элеронами это первый шаг любого поворота в воздухе.

Почему элероны работают в паре

Дифференциальная работа — когда один элерон идёт вверх, другой вниз — нужна не только чтобы усилить крен. У неё есть и побочный эффект, который конструкторам приходится парировать.

Опущенный элерон не только добавляет крылу подъёмную силу, но и увеличивает его сопротивление. Получается, что крыло, которое поднимается в крене, испытывает большее сопротивление и слегка тормозит. Из-за этого нос самолёта уводит в сторону, противоположную развороту: машина кренится влево, а нос тянет вправо. Это явление называется обратным рысканием, adverse yaw.

Чтобы скомпенсировать его, применяют несколько решений. Дифференциальное отклонение элеронов отклоняет поднимающийся элерон на больший угол, чем опускающийся, выравнивая сопротивление. Также пилот добавляет руль направления в сторону разворота, согласуя крен и поворот носа в единое координированное движение. На современных лайнерах эту координацию во многом берёт на себя автоматика.

Элероны на высоких скоростях

На большой скорости у обычных элеронов появляется проблема. Отклонённый элерон создаёт усилие не только для крена, но и закручивающий момент, который пытается деформировать крыло. На высокой скорости это усилие так велико, что гибкое крыло слегка скручивается в обратную сторону, и эффект от элерона падает, а в крайнем случае может даже смениться на обратный. Это называется реверсом элеронов. Решает проблему отдельная пара управляющих поверхностей — высокоскоростные элероны.

На многих лайнерах ставят две пары элеронов: большие внешние и малые внутренние. Высокоскоростной элерон — это внутренняя пара, ближе к фюзеляжу, где крыло жёстче и реверс не грозит. Она работает на всех режимах, включая крейсерский. Внешние элероны, у самой законцовки, наоборот низкоскоростные: они дают большой управляющий момент на взлёте и посадке, но на крейсерской скорости блокируются, чтобы не закручивать гибкое крыло.

Крен на высокой скорости дополнительно обеспечивают спойлеры — пластины на верхней поверхности крыла. Поднимаясь на одном крыле, спойлер гасит на нём подъёмную силу и помогает элеронам кренить машину. На скоростных режимах эти roll spoilers берут на себя заметную часть работы по управлению креном.

Чем управляется элерон

На классических самолётах элероны связаны со штурвалом механически — через тросы и тяги. Пилот поворачивает штурвал влево, и система отклоняет элероны в положение левого крена. Усилие на штурвале при этом отражает аэродинамическую нагрузку на поверхности.

На современных лайнерах с электродистанционным управлением (fly-by-wire) прямой механической связи нет. Пилот отклоняет боковую ручку или штурвал, датчики передают команду в бортовые компьютеры, а те уже двигают элероны через гидравлические приводы, попутно следя, чтобы крен не вышел за безопасные пределы. Для пилота результат тот же — самолёт кренится в нужную сторону, — но между его рукой и поверхностью теперь стоит вычислитель.

Элерон — лишь один из органов управления полётом, и в одиночку он отвечает только за крен. Как с ним взаимодействуют руль высоты, руль направления и стабилизаторы, и как из их совместной работы складывается управление по всем трём осям, разобрано в обзорной статье про органы управления полётом.