Элерон — элемент управления самолётом¶
Элерон — подвижная поверхность на задней кромке консоли крыла самолёта, служащая для управления креном (поворотом вокруг продольной оси). Вместе с рулём направления и стабилизатором входит в число основных органов управления летательным аппаратом. Элероны устанавливаются попарно: на левой и правой консоли крыла, при этом их отклонение происходит симметрично противофазно — при подъёме левого элерона правый опускается и наоборот.
¶Принцип действия
Управление креном осуществляется за счёт изменения подъёмной силы каждой консоли крыла. При отклонении элерона вверх аэродинамический профиль крыла на участке за ним меняет эффективный угол атаки, что уменьшает подъёмную силу соответствующей консоли. Одновременный противоположный отклонение элерона на другой консоли увеличивает подъёмную силу там. Возникающая разница подъёмных сил создаёт момент крена, который разворачивает самолёт вокруг продольной оси.
При повороте ручки управления влево левый элерон отклоняется вверх, уменьшая подъёмную силу левой консоли, а правый — вниз, увеличивая подъёмную силу правой. Самолёт кренится влево и начинает левый поворот. Для выхода из крена используется обратное отклонение элеронов.
¶Конструкция
Элерон представляет собой аэродинамическую поверхность, обычно выполненную в виде отдельного элемента, подвешенного на петлях (шарнирах) к задней кромке крыла. По форме напоминает профиль крыла, но имеет меньшую хорду. Конструктивно изготавливается из алюминиевых сплавов, композитных материалов или их комбинаций. Внутри может располагаться силовой каркас из лонжеронов и нервюр.
Для уменьшения усилий, требуемых от пилота, на самолётах применяются различные компенсаторы:
- аэродинамический компенсатор — вырез в передней части элерона, создающий аэродинамический момент, уравновешивающий часть усилия;
- фриз-элерон — конструкция, в которой передняя часть элерона может свободно качаться, что уменьшает аэродинамическое сопротивление при отклонении;
- весовой (массовый) компенсатор — смещение центра масс элерона перед осью вращения;
- сервокомпенсатор — небольшая подвижная поверхность, управляемая от ручки пилота, создающая компенсирующий момент.
На современных самолётах элероны приводятся гидравлическими или электродистанционными приводами, что позволяет использовать их на высоких скоростях, где аэродинамические усилия очень велики.
¶Недостатки и способы устранения
При отклонении элеронов возникает аэродинамическое сопротивление на той консоли, где элерон отклонён вниз. Это сопротивление создаёт момент рыскания, направленный противоположно моменту крена — так называемое адверсное (противоповоротное) действие. На практике это означает, что для удержания прямолинейного полёта при отклонённых элеронах требуется одновременное отклонение руля направления.
Для борьбы с адверсным действием применяются:
- фриз-элероны, снижающие сопротивление за счёт свободного качания передней кромки;
- элероны с дифференциалом — отклонение вверх происходит в большей степени, чем вниз, что уменьшает суммарное сопротивление;
- френель-элероны — комбинированный вариант, сочетающий признаки фриз- и дифференциального элерона.
¶Виды элеронов
| Тип | Особенности |
|---|---|
| Обычные | Простая конструкция, подъёмная сила изменяется симметрично |
| Фриз-элероны | Передняя кромка свободно качается, снижает адверсное действие |
| Дифференциальные | Разная амплитуда отклонения вверх и вниз |
| Сплит-элероны | Разделены на верхнюю и нижнюю секции, работающие противофазно |
| Элероны-закрылки (флапероны) | Совмещают функции элеронов и закрылков, отклоняются симметрично и асимметрично |
¶Элероны и другие средства управления креном
На высокоскоростных и стратегических самолётах элеронов может быть недостаточно или они неэффективны на больших высотах, где плотность воздуха мала. В таких случаях для управления креном используются:
- интерцепторы — отклоняемые щитки на верхней поверхности крыла;
- элероны-интерцепторы — комбинированные устройства;
- дифференциальные стабилизаторы — отклонение стабилизатора симметрично, но с разной амплитудой на левой и правой сторонах (применяется, например, на Ту-160 и Boeing 747);
- элевоны — на самолётах с «уткой» (схема без горизонтального оперения), совмещающие функции элеронов и лифтов, например на Ту-144 и Concorde.
¶История
Термин «элерон» происходит от французского слова aileron — «крылышко», уменьшительного от aile — «крыло». Ранние опыты по управлению самолётом креном проводились в конце XIX — начале XX века. Орville и Уилбер Райт использовали для управления креном перекашивание (вариацию) крыла — так называемое управление «вращением крыла». Идея отдельной подвижной поверхности на задней кромке крыла была реализована в конструкциях первых самолётов начала 1910-х годов и постепенно вытеснила перекашивание как более простой и эффективный способ.