Природа-матушка есть сущность прямолинейная. Это в том смысле, что живет она по своим законам и нас, людей, в рамках этих законов держит.
Однако, человек — существо амбициозное , да и смекалки-хитрости у него не занимать, и умудряется он из рамок этих не вылезая, сделать, однако, все по-своему и совместить казалось бы несовместимое. Ну, на то ему и разум дан (дай только бог, чтобы пользовался он этим разумом «разумно» ).

Современный самолет – лучший пример сказанного. А конкретно по нашей теме этот пример – механизация крыла.
Многие из тех, кто летал на пассажирских лайнерах и сидел у иллюминатора возле крыла самолета видел, как перед взлетом (или посадкой) крыло как бы «расправляется». Из его задней кромки «выползают» новые плоскости, слегка загибаясь вниз. А при пробеге после посадки на верхней поверхности крыла поднимается что-то похожее на почти вертикальные щитки. Это и есть элементы механизации крыла. В данном случае я упомянул закрылки и спойлеры. Однако обо всем по порядку…

Человек всегда стремился летать быстрее. И это у него получалось . «Выше, быстрее – всегда!» Скорость – предмет устремлений и камень преткновения. На высоте быстро – это хорошо. Но на взлете и посадке иначе. Большая взлетная скорость не нужна. Пока ее самолет (особенно если это большой тяжелый лайнер) наберет, никакой полосы не хватит, плюс ограничения по прочности шасси. Посадочная скорость тем более не должна быть очень большой. Или шасси разрушится или экипаж с пилотированием не справится. Да и пробег после посадки будет немаленький, где набрать таких больших аэродромов .

Значит скорость на взлете и посадке надо уменьшать. Но до какого уровня? Ведь тогда уменьшится подъемная сила крыла. Удержится ли самолет в воздухе при этом? Ведь проблема в том, что крыло у самолета одно. Оно и для полета на высоте с большой скоростью и для взлета-посадки тоже. Но сделать крыло одинаково пригодное для таких разных режимов практически невозможно. В том-то и беда . Оно либо с тонким узким профилем для сверхскоростей в полете, но и тогда больших взлетно-посадочных, как у МИГ-25, либо с толстым широким для средних и низких полетных и малых взлетно-посадочных, как у винтовых пассажирских лайнеров.

Выпущенные закрылки (Фаулера) самолета ТУ-154

Механизация крыла на примере Боинг-737

Противоречие… Как совместить несовместимое? Вот тут человеку и пригодилась его смекалка-хитрость . Выход был найден, вобщем-то, без особого труда. Это взлетно-посадочная механизация крыла.

Скорость полета связана с углом атаки. Практически любое крыло в процессе полета находится под углом к набегающему потоку. Это есть угол атаки. С его увеличением растет подъемная сила. Самолет может лететь с малой скоростью, но тогда для сохранения подъемной силы на должном уровне, он должен увеличивать угол атаки крыла (задирать нос). Однако увеличивать этот угол можно только до определенной величины. Это так называемый критический угол атаки . После него воздушный поток уже не может удержаться на верхней поверхности крыла, он с нее срывается, то есть происходит срыв потока или как говорят отрыв пограничного слоя.

Пограничный слой – это слой воздушного потока, непосредственно соприкасающийся с поверхностью крыла и формирующий аэродинамические силы. Пограничный слой перестает плавно обтекать поверхность, становится не ламинарным, а турбулентным. Резко меняется картина распределения давлений на поверхности крыла. Крыло при этом теряет свои несущие свойства и перестает создавать подъемную силу.

Таким образом получается, что для устойчивых и безопасных взлета и посадки с небольшими скоростями нужно чтобы крыло либо обладало высокими несущими свойствами при малой скорости полета, либо могло летать устойчиво на больших углах атаки. А лучше и то и другое вместе . Именно таким требованиям и удовлетворяет механизация крыла.

Точнее будет сказать взлетно-посадочная механизация, потому что на крыле ( во всем букете управляемых поверхностей) есть еще элементы механизации, которые используются не только для взлета или посадки (или же вообще для них не предназначены ). Однако обо всех о них по порядку.

К элементам механизации крыла, с помощью которых производится активное влияние на подъемную силу и затягивание срыва на взлетно-посадочных режимах, можно отнести щитки, закрылки, предкрылки.

Щитки – элементы механизации крыла наиболее часто применявшиеся ранее из-за простоты конструкции. Они могут быть простыми и выдвижными. Простые щитки – это управляемая поверхность, которая в убранном положении плотно прилегает к задней нижней поверхности крыла. При отклонении такого щитка между ним и верхней поверхностью крыла образуется зона некоторого разрежения. Поэтому верхний пограничный слой в эту зону как бы отсасывается. Это затягивает его отрыв на больших углах. При этом увеличивается скорость потока над крылом и, соответственно, падает давление.

Кроме того при отклонении щитка увеличивается кривизна профиля. Снизу происходит дополнительное торможение потока и, как следствие, увеличение давления. Поэтому общая подъемная сила растет. Все это позволяет самолету лететь с малой скоростью.

Существует еще выдвижной щиток. Он не только отклоняется вниз, но еще и выдвигается назад. Эффективность такого щитка выше, потому что зона повышенного давления под крылом увеличивается, и условия отсоса пограничного слоя сверху улучшаются.

При использовании щитков подъемная сила на посадочном режиме может вырасти до 60%.

В настоящее время щитки применяются реже и в основном на легких самолетах. Наибольшее применения сейчас получили закрылки.Это когда часть задней кромки крыла отклоняется или выдвигается вниз. Они могут быть простые (или поворотные)

Работа щитка

Простой (поворотный) закрылок.

Самолет Mu30 Schlacro.

выдвижные (их еще называют закрылками Фаулера), которые, в свою очередь, могут при выпуске образовывать профилированные щели. При этом количество щелей обычно бывает от одной до трех.
Механизация крыла.

Виды закрылков и щитков.

Простой закрылок увеличивает подъемную силу за счет увеличения кривизны профиля. При этом увеличивается давление на нижней поверхности крыла. Выдвижной закрылок увеличивает еще и площадь крыла, что также повышает его несущие свойства.

Более эффективен в этом плане щелевой закрылок. Щель в нем выполнена сужающейся и воздух, проходя через нее, разгоняется. Далее он, взаимодействуя с пограничным слоем, разгоняет и его, препятствуя его отрыву и увеличивая подъемную силу. Таких щелей на закрылках современных самолетов бывает от одной до трех и общее увеличение подъемной силы при их применении достигает 90%.
Механизация крыла.

Виды предкрылков и щитков.

Теперь самолет может лететь с небольшой скоростью, не рискуя упасть и уверенно чувствуя себя как на посадке, так и на взлете. Однако надо понимать, что выпущенные (особенно на большой угол) щитки и закрылки создают еще и немалое аэродинамическое сопротивление. Если на посадке это неплохо, самолет ведь все равно должен гасить скорость и снижаться, то на взлете тратить лишнюю мощность двигателя (которая обычно совсем не лишняя ) на преодоление этого сопротивления неразумно. Поэтому закрылки (щитки) обычно могут выпускаться (отклоняться) на разные углы. На взлете эти углы меньше, на посадке — больше.

Еще одна из проблем, возникающих при выпуске закрылков – это дополнительный продольный момент, стремящийся опустить нос самолету.

Это несколько затрудняет пилотирование. Чаще всего этот момент компенсируется дополнительным отклонением руля высоты (стабилизатора).