Элероны — это элементы управления самолётом, расположенные на задней части крыльев у их внешних участков. Их главная задача — помогать машине наклоняться вправо или влево, то есть создавать крен вокруг продольной оси.
Обычно такие поверхности есть сразу на обоих крыльях, и они всегда действуют согласованно: одна часть поднимается, вторая в это же время опускается. Именно за счёт этого разного положения самолёт и начинает заваливаться в нужную сторону.
В работе элеронов важную роль играет распределение подъёмной силы между крыльями. Когда один элерон уменьшает подъёмную силу на своём крыле, а второй увеличивает её на противоположном, возникает боковой перекос, который и поворачивает самолёт по крену.
Однако у такого способа управления есть и побочный эффект — обратное рыскание, когда нос самолёта немного уходит в сторону, противоположную повороту. На больших скоростях роль элеронов снижается, и для контроля крена всё чаще используют спойлеры.
Слово «элерон» пришло из французского языка: aileron переводится как «крылышко». Именно эти подвижные поверхности позволяют самолёту входить в разворот, потому что без крена воздушная машина не сможет изменить направление полёта: подъёмная сила крыла должна отклониться в сторону.
Ниже разберёмся, за счёт чего элероны вызывают крен, почему они всегда работают согласованно и какие особенности проявляются у них при разных режимах скорости.
### Как элерон вызывает крен
Подъёмная сила образуется в зависимости от того, как воздушный поток проходит вокруг крыла. Когда элерон отклоняется, он изменяет очертания задней части крыла, а значит, влияет на величину подъёмной силы на этой стороне. Если элерон опускается вниз, профиль становится более изогнутым, и подъёмная сила возрастает. Если же он поднимается вверх, кривизна уменьшается, а подъёмная сила, соответственно, становится слабее.
Разворот самолёта начинается не с самого поворота, а с крена. Когда элероны отклоняются в противоположные стороны, на одном крыле подъёмная сила увеличивается, а на другом — уменьшается. Из-за этой разницы одно крыло начинает подниматься, второе — опускаться, и воздушное судно заваливается на бок. Например, чтобы создать крен влево, пилот поднимает левый элерон и опускает правый: в результате правое крыло идёт вверх, левое — вниз, и самолёт наклоняется влево.
Однако один лишь крен ещё не означает вираж. При наклоне самолёта вектор подъёмной силы меняет направление, и его боковая составляющая начинает уводить машину в сторону наклона. Именно так самолёт входит в поворот. Поэтому работа элеронами служит началом любого манёвра с разворотом в воздухе.
Почему элероны работают в паре
Элероны обычно расположены на задней кромке крыла, ближе к его законцовкам. Их работа устроена так, что при повороте самолёта один из них поднимается, а второй одновременно опускается. Такая схема нужна не только для создания крена, но и потому, что иначе поведение машины было бы менее устойчивым.
Дело в том, что элерон, отклонённый вниз, увеличивает не только подъёмную силу участка крыла, но и его сопротивление воздуху. В результате крыло, которое должно усиливать поворот, начинает как бы сильнее «тормозить». Из-за этого самолёт может разворачиваться не совсем в ту сторону, куда задаётся крен: например, при наклоне влево нос нередко уходит вправо. Это и есть обратное рыскание, или adverse yaw.
Элероны на высоких скоростях
На высоких скоростях у обычных элеронов возникает серьёзная сложность: отклонение поверхности управления создаёт не только момент крена, но и закручивающее воздействие, способное деформировать крыло.
Чтобы уменьшить этот эффект, используют несколько способов. Один из них — дифференциальное отклонение элеронов: вверх и вниз они уходят на разные углы, причём поднимающийся элерон отклоняется сильнее, чем опускающийся, благодаря чему сопротивление по сторонам становится более равномерным.
Кроме того, пилот обычно помогает себе рулём направления, вводя его в сторону разворота, чтобы крен и поворот носа выполнялись согласованно. На современных пассажирских самолётах значительная часть этой координации уже выполняется автоматическими системами.
На больших скоростях нагрузка на управляющие поверхности становится настолько сильной, что эластичное крыло может немного изгибаться в противоположную сторону. Из-за этого отклик элерона ослабевает, а в предельной ситуации управление способно даже стать обратным. Такое явление называют реверсом элеронов. Чтобы избежать этой проблемы, самолёты оснащают отдельными высокоскоростными элеронами.
Обычно на современных лайнерах устанавливают две группы элеронов: крупные наружные и небольшие внутренние. Именно внутренняя пара, расположенная ближе к фюзеляжу, считается высокоскоростной: в этой части крыло более жёсткое, поэтому риск реверса минимален. Эти элероны используются во всех режимах полёта, в том числе на крейсерской скорости.
Наружные же элероны, находящиеся у законцовок крыла, работают в основном на малых скоростях — например, при взлёте и посадке, когда требуется особенно мощный управляющий эффект. На высокой скорости их обычно отключают, чтобы они не деформировали гибкое крыло.
На больших скоростях управление креном дополняют спойлеры, расположенные сверху крыла. Когда такой спойлер поднимается на одном из крыльев, он уменьшает подъемную силу на этой стороне и тем самым облегчает работу элеронов, помогая самолету накрениться. Именно поэтому на скоростных режимах roll spoilers заметно участвуют в создании крена.
Управление элероном
В классических самолетах элероны обычно связаны со штурвалом напрямую, через систему тросов и тяг. Если пилот отклоняет штурвал влево, элероны автоматически занимают положение, вызывающее левый крен. При этом сопротивление на штурвале показывает, какая аэродинамическая нагрузка действует на управляющие поверхности.
На современных авиалайнерах с системой fly-by-wire управление работает без прямой механической связи между пилотом и поверхностями крыла. Когда пилот отклоняет боковую ручку или штурвал, соответствующий сигнал сначала уходит в бортовые компьютеры, а уже они, через гидравлические приводы, заставляют элероны менять положение.
При этом электроника не просто передаёт команду, но и контролирует, чтобы самолёт не вышел за допустимые пределы крена. Для пилота эффект остаётся привычным: лайнер наклоняется в нужную сторону, хотя теперь между его движением и реакцией самолёта находится сложная вычислительная система.
Однако элероны — это только один из элементов, участвующих в управлении полётом. Они отвечают в основном за крен, тогда как за остальные оси помогают другие органы: руль высоты, руль направления и стабилизаторы. Именно их согласованная работа обеспечивает управление самолётом по всем трём осям.