Фаулер (закрылок)

Фаулер (закрылок) — это разновидность закрылка, механизации крыла летательного аппарата, которая при выпуске не только отклоняется вниз, увеличивая кривизну профиля, но и выдвигается назад, увеличивая площадь несущей поверхности. Данный тип закрылка обеспечивает более значительный прирост подъёмной силы по сравнению с простым (щитковым или отклоняемым) закрылком за счёт комбинированного эффекта изменения кривизны, увеличения площади и управления пограничным слоем. Закрылки Фаулера широко применяются в авиации, особенно на тяжёлых транспортных, пассажирских и некоторых военных самолётах.

История создания и развития

Предпосылки появления

К началу 1930-х годов авиастроение столкнулось с проблемой: увеличение скорости и грузоподъёмности самолётов требовало эффективных средств механизации крыла для обеспечения безопасного взлёта и посадки. Простые отклоняемые закрылки (типа Шренка или Гюйо) давали ограниченный прирост подъёмной силы, а щитки (например, щиток ЦАГИ) создавали значительное лобовое сопротивление, не увеличивая площадь крыла.

Изобретение Харлана Фаулера

Закрылок был изобретён американским инженером Харланом Д. Фаулером (Harlan D. Fowler). В 1929 году он получил патент США № 1,852,486 на «Устройство для увеличения подъёмной силы крыла самолёта». Идея заключалась в том, чтобы часть крыла (задняя кромка) могла не только отклоняться вниз, но и скользить назад по направляющим, образуя щель между основной частью крыла и выдвинутым элементом. Это позволяло воздушному потоку из области повышенного давления под крылом перетекать на верхнюю поверхность закрылка, затягивая срыв потока и дополнительно увеличивая подъёмную силу.

Внедрение и эволюция

Первым серийным самолётом, оснащённым закрылками Фаулера, стал американский бомбардировщик Lockheed Hudson (1938 год). В годы Второй мировой войны закрылки Фаулера устанавливались на многие тяжёлые бомбардировщики (B-17 Flying Fortress, B-24 Liberator, B-29 Superfortress) и транспортные самолёты (C-47 Skytrain). После войны конструкция была усовершенствована: появились двухщелевые, трёхщелевые и даже четырёхщелевые варианты, которые применяются на современных авиалайнерах (например, Boeing 747, Airbus A380). В СССР закрылки Фаулера использовались на самолётах Ил-14, Ан-24, Ту-154, Ил-76 и других.

Конструкция и принцип работы

Основные элементы

Конструктивно закрылок Фаулера состоит из:

• Основного элемента (дефлектора) — подвижной части, которая может отклоняться вниз.
• Направляющих (рельсов или кареток) — механизма, обеспечивающего поступательное движение назад.
• Приводов — гидравлических, электрических или механических (винтовых домкратов), управляющих выпуском и уборкой.
• Щелевого зазора — пространства, образующегося между основной частью крыла и закрылком при выдвижении.

Принцип действия

При выпуске закрылка Фаулера происходят три одновременных изменения:

1. Увеличение площади крыла: выдвижение назад увеличивает хорду (длину профиля) на 15–30%, что напрямую увеличивает несущую площадь.
2. Изменение кривизны профиля: отклонение вниз делает профиль более вогнутым, что увеличивает разность давлений между верхней и нижней поверхностями.
3. Образование щели: поток воздуха из области высокого давления под крылом через щель ускоряется и обдувает верхнюю поверхность закрылка, предотвращая срыв потока (затягивание срыва).

В результате подъёмная сила возрастает на 50–80% по сравнению с простым закрылком, а коэффициент подъёмной силы (C_L) может достигать значений 2,5–3,5 (у простых — около 1,5–2,0).

Классификация

По количеству щелей

• Однощелевые: самая простая конструкция, применяется на лёгких самолётах и некоторых истребителях (например, F-16). Обеспечивает умеренный прирост подъёмной силы.
• Двухщелевые: состоят из двух подвижных элементов, образующих две щели. Используются на региональных лайнерах и среднемагистральных самолётах (Boeing 737, Airbus A320).
• Трёхщелевые: наиболее эффективные, применяются на широкофюзеляжных самолётах (Boeing 747, Boeing 777, Ил-96). Обеспечивают максимальный прирост подъёмной силы, но требуют сложной кинематики.
• Четырёхщелевые: встречаются редко, например на некоторых моделях Airbus A380 (на внутренних секциях крыла).

По типу привода

• Гидравлические: наиболее распространены на тяжёлых самолётах, обеспечивают высокую мощность и надёжность.
• Электрические: применяются на лёгких и средних самолётах (например, Boeing 787 Dreamliner), снижают вес и упрощают обслуживание.
• Механические (винтовые): использовались на старых самолётах (например, B-17), где выпуск осуществлялся вручную или через систему тросов.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая эффективность: значительный прирост подъёмной силы при умеренном увеличении лобового сопротивления.
• Улучшение взлётно-посадочных характеристик: позволяет снизить взлётную и посадочную дистанции, что важно для эксплуатации с коротких ВПП.
• Безопасность: затягивание срыва потока снижает риск сваливания на малых скоростях.
• Универсальность: может использоваться как на дозвуковых, так и на сверхзвуковых самолётах (с соответствующими модификациями).

Недостатки

• Сложность конструкции: требует точных направляющих, мощных приводов и систем управления, что увеличивает вес и стоимость.
• Обслуживание: механизмы требуют регулярной смазки и проверки, особенно в условиях обледенения.
• Ограничения по скорости: выпуск закрылков Фаулера разрешён только на определённых скоростях (обычно не более 250–300 км/ч), иначе возможны повреждения.
• Шум: при выпуске образуется характерный аэродинамический шум, который слышен в кабине и на земле.

Применение

Пассажирская авиация

Практически все современные пассажирские самолёты оснащены закрылками Фаулера (чаще двух- или трёхщелевыми). Например:

• Boeing 737: двухщелевые закрылки Фаулера на всех модификациях.
• Airbus A320: двухщелевые с автоматическим управлением по углу атаки.
• Ил-96: трёхщелевые закрылки, обеспечивающие посадку на ВПП длиной до 2500 метров.

Транспортная и военная авиация

• Ил-76: оснащён двухщелевыми закрылками Фаулера, что позволяет совершать взлёт и посадку с грунтовых аэродромов.
• C-130 Hercules: однощелевые закрылки Фаулера на ранних версиях, позже заменены на двухщелевые.
• B-2 Spirit: для снижения радиолокационной заметности закрылки Фаулера выполнены из композитных материалов и имеют специальную форму.

Спортивная и лёгкая авиация

На лёгких самолётах (например, Cessna 172) закрылки Фаулера встречаются реже из-за сложности, но используются на некоторых моделях (например, Piper PA-28 Archer II).

Интересные факты

• Первый патент Фаулера был подан в 1929 году, но серийное производство началось только через 9 лет из-за сложности изготовления направляющих.
• На самолёте Boeing 747 закрылки Фаулера имеют размах до 20 метров и весят более 2 тонн каждый.
• В СССР закрылки Фаулера впервые были применены на самолёте Ил-14 (1950 год), что позволило ему эксплуатироваться с коротких и грунтовых ВПП.
• Современные закрылки Фаулера часто изготавливаются из углепластика, что снижает вес на 20–30% по сравнению с алюминиевыми.

Критика и ограничения

Несмотря на эффективность, закрылки Фаулера критикуются за высокую стоимость разработки и обслуживания. В случае отказа механизма выпуска (например, из-за гидравлической утечки) самолёт может оказаться в аварийной ситуации, требующей посадки с неполной механизацией. Кроме того, на сверхзвуковых самолётах (например, Concorde) закрылки Фаулера не применялись из-за аэродинамических ограничений — использовались отклоняемые носки и простые закрылки.

Источники

• Патент США № 1,852,486 «Airfoil Control Surface», H. D. Fowler, 1929.
• Jane’s All the World’s Aircraft (различные выпуски 1940–2000 годов).
• «Аэродинамика самолёта» / под ред. Г. С. Бюшгенса, М.: Наука, 1994.
• «Конструкция и проектирование самолётов» / В. В. Козлов, М.: Машиностроение, 1985.
• «Fowler Flaps: Theory and Practice» / Journal of Aircraft, Vol. 15, No. 4, 1978.
• «Boeing 747 Flight Crew Operations Manual», Boeing Commercial Airplanes, 2005.