Закрылки: что это, типы, как работают и зачем нужны самолёту

Закрылки — это подвижные секции на задней кромке крыла, которые при выпуске увеличивают его подъёмную силу на малых скоростях. Они нужны прежде всего для взлёта и посадки: на этих этапах самолёт летит медленно, обычное крыло на такой скорости не создаёт достаточной подъёмной силы, и закрылки компенсируют нехватку. В крейсерском полёте они убраны и крыло работает в чистой конфигурации.

Когда самолёт заходит на посадку, из задней кромки крыла выдвигаются широкие секции — это и есть закрылки. Они меняют само крыло: делают его больше по площади и сильнее изогнутым, превращая скоростное крейсерское крыло в медленное, но цепкое посадочное. Разберём, как именно они это делают, какие бывают типы и на какие углы выпускаются на разных этапах полёта.

Как закрылки увеличивают подъёмную силу

Подъёмная сила крыла зависит от двух вещей, на которые закрылки влияют напрямую: от площади крыла и от кривизны его профиля. Чем больше площадь, тем больше воздуха крыло отбрасывает вниз. Чем сильнее изогнут профиль, тем активнее он разворачивает поток и тем больше подъёмной силы создаёт на той же скорости.

Выпущенный закрылок добавляет и то, и другое. Он отклоняется вниз, увеличивая кривизну задней части крыла, а у выдвижных типов ещё и выезжает назад, наращивая площадь. В результате на медленной скорости захода крыло создаёт подъёмную силу, которой при убранных закрылках хватило бы только на гораздо большей скорости. Это позволяет самолёту лететь и садиться медленнее, что напрямую означает более короткий пробег по полосе и меньшую нагрузку на шасси.

У прироста подъёмной силы есть спутник — рост сопротивления. На посадке это даже полезно: дополнительное сопротивление работает как аэродинамический тормоз и помогает гасить скорость. На взлёте, наоборот, лишнее сопротивление мешает разгону, поэтому там закрылки выпускают лишь немного.

Типы закрылков

За сто лет авиации закрылки прошли путь от простой отклоняемой пластины до сложных выдвижных секций с несколькими щелями. Чем сложнее конструкция, тем больше она даёт подъёмной силы, но тем тяжелее и дороже механизм привода. Основные типы, от простого к сложному:

• Простые (plain flaps). Задняя часть крыла просто отклоняется вниз на петле. Увеличивает кривизну профиля, но не площадь. Самый старый и простой тип, сегодня встречается на лёгких самолётах.
• Щелевые (slotted flaps). При отклонении между крылом и закрылком открывается узкая щель. Через неё воздух с нижней поверхности перетекает наверх и подпитывает поток над закрылком энергией, не давая ему оторваться. Это позволяет отклонять закрылок на больший угол без срыва потока и заметно поднимает эффективность.
• Фаулера (Fowler flaps). Закрылок не просто отклоняется, а сначала выезжает назад по направляющим, увеличивая площадь крыла, и только потом опускается. Даёт максимальный прирост и площади, и кривизны. Это основной тип на современных лайнерах.
• Многощелевые (double и triple slotted). Развитие фаулеровских: закрылок разделён на две или три секции, между которыми открывается не одна щель, а несколько. Каждая щель добавляет энергии потоку, и крыло держит поток даже при очень большом отклонении. Применяются на тяжёлых самолётах, которым нужен максимальный прирост подъёмной силы.

На практике тип закрылков виден по самолёту. На узкофюзеляжных Airbus A320 и Boeing 737 стоят относительно простые однощелевые фаулеровские закрылки — этого хватает для их веса и длины полос. На широкофюзеляжных машинах механизация сложнее: у Boeing 777 и Boeing 787 однощелевые фаулеровские закрылки большой площади, у Airbus A350 — тоже фаулеровского типа, с гидравлическим или электромеханическим приводом.

На тяжёлых самолётах разные секции нередко комбинируют вдоль крыла: у Airbus A380 по три секции выдвижных закрылков на каждой консоли, а на передней кромке щелевые предкрылки соседствуют с отклоняемыми носками без щели у корня.

Старые лайнеры вроде ранних Boeing 747 несли более тяжёлые двух- и трёхщелевые закрылки, но современная аэродинамика позволяет получать ту же подъёмную силу более простыми и лёгкими схемами — это всегда компромисс между приростом подъёмной силы и приемлемой массой механизма.

На какие углы выпускают закрылки

Закрылки выпускают не на один фиксированный угол, а ступенями, и положение выбирают под этап полёта. У пилота в кабине есть рычаг с несколькими позициями, каждая из которых соответствует своему углу отклонения.

На взлёте закрылки выпускают немного — обычно на 5–15 градусов. Этого достаточно, чтобы заметно поднять подъёмную силу и сократить разбег, но при этом сопротивление растёт не сильно, и самолёт нормально разгоняется. Конкретный взлётный угол зависит от длины полосы, веса самолёта и условий: на короткой полосе выпускают больше, на длинной — меньше.

На посадке закрылки выпускают полностью — на 30–40 градусов. Здесь нужна максимальная подъёмная сила, чтобы лететь как можно медленнее, и заодно полезно дополнительное сопротивление, которое помогает гасить скорость на глиссаде. Полностью выпущенные закрылки превращают крыло в медленное и цепкое, позволяя самолёту коснуться полосы на безопасно низкой скорости.

Чем закрылки отличаются от предкрылков

Закрылки часто путают с предкрылками, потому что и те и другие выпускаются на взлёте и посадке и оба увеличивают подъёмную силу. Разница в том, где они стоят и как работают. Закрылки — на задней кромке крыла, они наращивают площадь и кривизну. Предкрылки — на передней кромке, и их задача другая: не дать потоку оторваться от крыла при большом угле атаки, который самолёт принимает на медленной скорости.

Работают они в связке. На заходе выпускаются и закрылки, и предкрылки: первые добавляют подъёмную силу, вторые позволяют крылу безопасно лететь на большом угле атаки, не сваливаясь. Закрылки и предкрылки — часть общей системы механизации крыла, куда входят также спойлеры и интерцепторы, и в обзорной статье разобрано, как все эти поверхности работают вместе.

Для пассажира закрылки — самая заметная из всех подвижных частей крыла. Если смотреть в иллюминатор на заходе, именно их выдвижение и отклонение видно лучше всего: крыло на глазах меняет форму, готовясь к посадке. За этим простым на вид движением стоит вся аэродинамика медленного полёта, без которой современный лайнер не смог бы садиться на полосы разумной длины.