Какой смысл заставлять одну управляющую поверхность играть роль нескольких управляющих поверхностей?

Закрылки, которые выступают только над частью крыла, вызовут изменения подъемной силы в основном над этой частью крыла, что приведет к распределению подъемной силы по размаху, далекому от эллиптического идеального , после отклонения закрылка. Следовательно, имеет смысл перемещать элероны в одном направлении, особенно когда внутренние закрылки представляют собой простые закрылки, изменяющие угол наклона.

Чтобы придать крылу самолета послушные характеристики сваливания , форма в плане не должна быть эллиптической, а должна быть «более полной» (= иметь больше локальной хорды, чем идеальный эллипс) на законцовках крыла. При эллиптической форме в плане и эллиптическом распределении подъемной силы локальный коэффициент подъемной силы будет одинаковым для всего крыла, и порывы ветра могут легко вызвать локальное сваливание на одном внешнем крыле при медленном полете. Последствием будет неконтролируемый крен, который может испортить день пилоту, если он произойдет близко к земле. Поэтому лучше оставить некоторый запас, увеличив локальную хорду и добавив размытие к кончикам.

Теперь это крыло будет иметь эллиптическое распределение только на одном угле атаки. Если угол атаки больше, распределение подъемной силы будет более полным, а если он ниже «эллиптического» угла атаки, то некоторая подъемная сила будет отсутствовать к кончикам. Оба условия вызовут более высокое индуктивное сопротивление, чем необходимо. Закрылки помогают регулировать локальный развал таким образом, что, если они установлены правильно, распределение подъемной силы по размаху будет намного ближе к идеальному эллипсу, чем без закрылков. Это требует, чтобы график закрылков вносил большие изменения в отклонение по направлению к основанию - посмотрите, как любой современный высокопроизводительный планер меняет настройки закрылков, и вы поймете, что я имею в виду: флапероны изменяют отклонение меньше, чем внутренние закрылки. Это имеет дополнительное преимущество, так как оставляет больше запаса для отклонения элеронов.

В этом заключается недостаток комбинированных поверхностей управления: то, что необходимо для одной функции, уже недоступно для другой функции, потому что максимально используемый диапазон отклонения ограничен.

Для придирчивых: Пожалуйста, понимайте термин "эллиптическое распределение подъемной силы" как "эллиптическое распределение циркуляции". Тогда все хорошо.

Несколько веских причин в зависимости от конструкции и назначения самолета:

• Механическая простота. В вашем случае с «флаперонами» наличие одного набора управляющих поверхностей делает две вещи, уменьшая количество движущихся частей, которые есть у самолета. Лучше всего просто; чем проще ваш самолет, тем меньше вероятность того, что он выйдет из строя (и чем он легче, а когда вы пытаетесь что-то оторвать от земли, легкий вес тоже хорош).

• Долговечность. Даже когда механическая простота не так важна, а самолет имеет отдельные закрылки и элероны (в нескольких секциях), адаптация элеронов к положению закрылков, а также ввод штурвала/ручки может помочь нормализовать силы на крыле, уменьшая поперечные моменты вдоль лонжерона крыла и других нагруженных участков крыла, снижающие вероятность усталости и разрушения. Некоторые коммерческие авиалайнеры, особенно модели Boeing, имеют три секции управления задним крылом; самые внутренние - это набор многоярусных закрылков, затем посередине находятся «внутренние элероны», которые действуют как элероны на крейсерской скорости, но закрываются при взлете / посадке, затем «внешние элероны», которые используются только на малой скорости.

• Аэродинамика. Каждый квадратный дюйм площади поверхности самолета увеличивает сопротивление. Такие конструкции, как V-образное хвостовое оперение, уменьшают общую площадь поверхности за счет исключения из хвостового оперения всей поверхности управления и стабилизатора, а оставшиеся два используются в качестве «рулей направления». Этот Beechcraft V35 известен как очень эффективный крейсер, особенно на высоте (к сожалению, они также имеют плохую репутацию из-за беличьего крена и ряда структурных отказов на ранних этапах производства, что привело к их прозвищу «Доктор Убийцы»):

  

• Стелс. YF-23, который проиграл конкуренцию ATF тому, что впоследствии стало F-22 Raptor, использовал аналогичную конфигурацию руля направления, потому что это уменьшало радиолокационное поперечное сечение самолета по сравнению с параллельными рулями высоты 22. Получившийся в результате самолет был на самом деле более незаметным (и более быстрым), чем Raptor, но менее манёвренным.

  

  У B-2 Spirit, очевидно, вообще нет хвоста, поэтому основные управляющие поверхности выполняют четырехкратную функцию в качестве элеронов, рулей высоты, спойлеров/воздушных тормозов и руля направления (открывая воздушные тормоза с одной или другой стороны). Корабль имеет отдельные системы закрылков, поэтому основными поверхностями управления являются только «спойлеррудерваторы»:

  

• Компьютерное управление. F-16 был разработан с «элевонами» вместо традиционных органов управления элеронами / рулем высоты по ряду причин, одна из основных из которых заключалась в том, чтобы уменьшить требуемую сложность оригинального аналога FLCC F-16A. Единственными управляющими поверхностями на самих крыльях являются закрылки задней кромки, которые также находятся под управлением FLCC и выдвигаются в любой ситуации с высоким углом атаки. Самолеты с треугольным крылом без уток, такие как Mirage 2000, используют элевоны по необходимости (Rafale и Eurofighter используют утки высоты, но дополняют их на высоких скоростях или AOA элевонами).

  

Дальнейшее предположение: меньшее количество поверхностей управления в целом означает меньше движущихся частей, меньшую механическую сложность, меньший вес, возможно, меньшее сопротивление и так далее.

Недостатком является то, что система управления должна позволять управлять комбинированными поверхностями управления так, чтобы это было понятно пилоту. Это можно сделать механически, но особенно в самолетах, которые в любом случае управляются по проводам, объединение входных данных в программном обеспечении имеет нулевой вес или стоимость механической сложности.

Конструкторы планеров часто используют флапероны, потому что хорда настолько узкая, а размах крыла такой большой, что элероны должны охватывать всю длину крыла, чтобы иметь достаточную способность к крену. Это не оставляет места для добавления закрылков, поэтому они встроены в элероны.

Это предположение, так что дайте ему доверие, которого оно заслуживает....

Если требуемые летно-технические характеристики самолета требуют, чтобы элероны располагались практически на всю длину крыла (как в самолете, который вы изобразили), может не хватить места для закрылков, чтобы они также были настолько эффективными, насколько это необходимо. Таким образом, решение состоит в том, что одна управляющая поверхность достаточно длинна, чтобы удовлетворить обе потребности.