Закрылки Фаулер

Закрылки Фаулера — это тип механизации крыла летательного аппарата, представляющий собой выдвижные закрылки, которые при отклонении вниз и назад одновременно увеличивают как кривизну профиля крыла, так и его площадь. Данная конструкция обеспечивает значительное повышение подъёмной силы на взлётно-посадочных режимах, что позволяет снизить скорость сваливания и улучшить управляемость самолёта на малых скоростях. Закрылки Фаулера являются одним из наиболее эффективных и распространённых типов закрылков в современной авиации, особенно на тяжелых транспортных и пассажирских самолётах.

История создания

Концепция закрылков, одновременно увеличивающих площадь и кривизну крыла, была впервые предложена американским инженером Харланом Д. Фаулером (Harlan D. Fowler) в 1920-х годах. В 1924 году Фаулер подал заявку на патент, который был выдан в 1931 году (патент США № 1,820,566). Идея заключалась в том, чтобы при отклонении закрылка он не просто поворачивался вниз, как обычный щиток, а выдвигался назад по направляющим, увеличивая хорду крыла.

Первые практические испытания проводились в 1930-х годах на экспериментальных самолётах. Широкое применение закрылки Фаулера получили в годы Второй мировой войны и после неё. Одним из первых серийных самолётов, оснащённых ими, стал американский бомбардировщик B-17 Flying Fortress. В СССР подобные конструкции разрабатывались под руководством В. Д. Яковлева и применялись, например, на самолёте Ил-28. В послевоенный период закрылки Фаулера стали стандартом для большинства реактивных пассажирских лайнеров, включая Ту-104, Ту-154, Ил-62, а также для зарубежных моделей, таких как Boeing 707 и Douglas DC-8.

Конструкция и принцип действия

Механизм работы

Закрылки Фаулера представляют собой многозвенные секции, установленные на задней кромке крыла. В убранном положении они плотно прилегают к профилю крыла, не увеличивая лобового сопротивления. При выпуске закрылок сначала сдвигается назад по направляющим (рельсам или кареткам), а затем отклоняется вниз на заданный угол. Движение осуществляется с помощью гидравлических или электрических приводов, часто через систему винтовых домкратов и трансмиссионных валов.

Эффекты от выпуска

Выпуск закрылков Фаулера приводит к двум основным аэродинамическим эффектам:

1. Увеличение площади крыла. За счёт выдвижения назад закрылок увеличивает общую несущую поверхность крыла. Это снижает удельную нагрузку на крыло, что особенно важно на взлёте и посадке.
2. Увеличение кривизны профиля. Отклонение закрылка вниз изменяет форму профиля, делая его более изогнутым. Это увеличивает коэффициент подъёмной силы, но также и лобовое сопротивление.

Отличие от других типов закрылков

В отличие от простых (поворотных) закрылков, которые только отклоняются, и от щелевых закрылков, которые образуют щель для обдува, закрылки Фаулера сочетают в себе и выдвижение, и отклонение. Это позволяет достичь наибольшего прироста подъёмной силы (до 60–100% и более) по сравнению с базовым профилем. Часто закрылки Фаулера выполняются двух- или трёхщелевыми, что дополнительно улучшает обтекание и отодвигает срыв потока на большие углы отклонения.

Классификация и разновидности

Закрылки Фаулера могут быть классифицированы по количеству щелей и конструктивному исполнению.

По количеству щелей

• Однощелевые закрылки Фаулера. Самый простой вариант. При выпуске образуется одна щель между основной частью крыла и закрылком. Поток воздуха через щель ускоряется и сдувает пограничный слой с верхней поверхности закрылка, задерживая срыв. Применяются на лёгких и учебных самолётах.
• Двухщелевые закрылки Фаулера. Состоят из двух секций (дефлектора и основного элемента). При выпуске образуются две щели, что обеспечивает более эффективное управление пограничным слоем. Широко применяются на магистральных пассажирских самолётах (например, Boeing 737, Ту-204).
• Трёхщелевые закрылки Фаулера. Наиболее сложная и эффективная конструкция. Используется на крупных тяжёлых самолётах (например, Boeing 747, Ил-76). Обеспечивает максимальный прирост подъёмной силы при минимальном риске срыва потока.

По типу привода

• Гидравлические. Наиболее распространены на тяжёлых самолётах. Обеспечивают высокое усилие и надёжность.
• Электрические. Используются на лёгких и средних самолётах. Более просты в обслуживании, но менее мощны.
• Механические (с ручным приводом). Встречаются на сверхлёгких и исторических самолётах.

Применение в авиации

Гражданская авиация

Закрылки Фаулера являются обязательным элементом практически всех современных пассажирских и транспортных самолётов. Они используются на всех этапах взлёта и посадки:

• Взлёт. Выпускаются на промежуточный угол (обычно 10–20 градусов). Это позволяет сократить длину разбега за счёт увеличения подъёмной силы при умеренном росте лобового сопротивления.
• Посадка. Выпускаются на максимальный угол (обычно 30–45 градусов и более). Это позволяет резко снизить скорость захода на посадку и уменьшить длину пробега после приземления.

Военная авиация

На военно-транспортных самолётах (например, Ан-124 «Руслан», Ил-76, C-130 Hercules) закрылки Фаулера позволяют осуществлять взлёт и посадку с коротких и неподготовленных взлётно-посадочных полос. На бомбардировщиках и истребителях-бомбардировщиках они используются для улучшения манёвренности на малых скоростях.

Экспериментальная и спортивная авиация

На некоторых экспериментальных и спортивных самолётах применяются упрощённые варианты закрылков Фаулера, управляемые вручную. Это позволяет улучшить лётные характеристики при сохранении простоты конструкции.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая эффективность. Обеспечивают наибольший прирост подъёмной силы среди всех типов закрылков.
• Улучшение взлётно-посадочных характеристик. Снижают скорость сваливания, сокращают длину разбега и пробега.
• Улучшение обзора из кабины. На посадке за счёт большого угла отклонения закрылков нос самолёта может быть опущен ниже, что улучшает обзор пилоту.
• Возможность использования на тяжёлых машинах. Конструкция выдерживает большие нагрузки.

Недостатки

• Сложность конструкции. Требует точных направляющих, мощных приводов и сложной системы управления.
• Большой вес. Механизмы выпуска и сами закрылки увеличивают массу планера.
• Высокая стоимость производства и обслуживания. Требует регулярных проверок и смазки.
• Увеличение лобового сопротивления. На больших углах отклонения сопротивление резко возрастает, что ограничивает скорость полёта с выпущенными закрылками.

Интересные факты

• На самолёте Boeing 747 закрылки Фаулера имеют площадь, сопоставимую с площадью крыла небольшого истребителя.
• В конструкции советского сверхзвукового пассажирского самолёта Ту-144 использовались закрылки Фаулера, которые на взлёте и посадке отклонялись на угол до 45 градусов.
• На некоторых современных самолётах (например, Airbus A380) закрылки Фаулера выполнены из композитных материалов, что позволило снизить их вес.

Источники

• Патент США № 1,820,566 «Airplane» (Harlan D. Fowler, 1931).
• Аэродинамика и динамика полёта магистральных самолётов / Под ред. Г. С. Бюшгенса. — М.: Наука, 1995.
• Шульженко М. Н. Конструкция самолётов. — М.: Машиностроение, 1971.
• Raymer D. P. Aircraft Design: A Conceptual Approach. — AIAA, 2012.
• Материалы Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ) по механизации крыла.